고온초전도자석 이용 직류 자기장 세계 신기록 달성한 서울대 한승용 교수

전기 | 김지성 기자 | 입력 : 2021.04.07

(좌측부터) 한승용 교수와 핸드폰 보다 작은 무절연 고온초전도자석, 2019년 6월 네이처 홈페이지 메인화면

비교적 높은 온도에서 전기저항이 0이 돼 많은 전류를 손실 없이 전송하는 고온초전도 현상은 1986년 처음 밝혀졌다. 항공기·선박 등에 필요한 대형전기추진시스템, 진단용 MRI 및 신약개발 분석장비, 신재생에너지 저장장치 등 산업 전반에 큰 파급 효과를 불러왔다.

하지만 순간적으로 초전도 특성이 사라지는 퀜치(Quench) 현상과 그로 인해 고온초전도자석이 타버리는 문제는 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다. 이 문제를 국내 연구진이 해결했다.

기존 고온초전도자석은 테이프 형태의 초전도선 사이에 절연체를 넣었다. 과학기술인상 4월 수상자인 서울대학교 전기정보공학부 한승용 교수가 이런 관행을 깨고 절연체를 없앤 ‘무절연 고온 초전도자석'을 세계 최초로 제안한 도전이 재조명받고 있다.

서울대 한승용 교수는 기존 세계 최고 성능의 초전도자석(총 무게 35톤) 대비 크기와 무게를 1/100로 줄인 초소형·초경량 초전도자석을 개발해, 지난 20여 년간 깨지지 않았던 직류 자기장 최고 기록인 44.6 테슬라(Tesla)의 벽을 넘어 신기록인 45.5 테슬라를 달성했다.

개발된 무절연 고온초전도자석은 크기가 직경 34㎜, 길이 53㎜에 불과하지만, 기존 대비 50배 이상의 에너지 밀도로 설계돼 초고자기장을 효율적으로 발생시켜 다양한 산업적 응용이 가능하다.

연구결과는 지난 2019년 6월 13일 네이처(Nature) 본지와 홈페이지 메인화면에 소개됐다. 미국 핵융합 벤처기업 MIT-CFS가 한승용 교수의 특허에 기술료를 지불하고 차세대 초소형 핵융합 장치 개발에 나서는 등 최근 선진국을 중심으로 무절연 초전도자석의 국제 경쟁이 본격화되고 있다.

한승용 교수는 “이번 연구는 초전도자석의 패러다임을 바꾼 것으로 평가받는 무절연 고온초전도 기술의 우수성을 실증한데 의의가 있다”라며 “고자기장 자석 기술은 광범위한 전기기기에 활용되는 원천기술인 만큼 바이오, 의료, 에너지, 수송, 환경, 국방 등 다양한 응용 분야에 적용될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

한편, 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 서울대학교 전기정보공학부 한승용 교수를 선정했다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다.

과기정통부와 연구재단은 한승용 교수가 초소형·초경량 무절연 고온초전도자석을 개발하고, 직류 자기장 세계 신기록을 달성해 전기전자기반 산업의 경쟁력 강화를 이끌고 초전도자석 연구의 국제적 위상을 높인 공로를 높게 평가했다고 밝혔다.

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