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韓-美 공동연구로 세계 최고 45.5테슬라 달성

한승용 서울대 공대 연구진, 미국 국립 고자기장연구소 연구진과 공동 연구
무절연 고온 초전도 인서트 자석 활용
국내 연구진이 지난 20여년 간 깨지지 않았던 직류 자기장 세계 최고 기록(44.8 Tesla)을 갱신했다.  

서울대 공대(학장 차국헌)는 한승용 전기정보공학부 교수팀이 미국 국립 고자기장연구소(National High Magnetic Field Laboratory)와 함께 무절연 고온 초전도 인서트 자석으로 45.5Tesla를 달성했다고 13일 밝혔다. 

그동안 고온 초전도 자석 응용 연구에서 사고 시 초전도 자석의 운전 안전성 유지가 최대 난제였다.

한승용 교수는 기존 초전도 자석에서 필수적으로 여겨졌던 전기 절연을 의도적으로 제거하는 무절연 고온 초전도 자석 기술을 제안하고, 초전도 자석에서 운전사고 발생 시 사고 전류가 주변의 건강한 초전도 영역으로 자동 우회하도록 해 초전도 자석을 보호할 수 있음을 입증했다.

연구팀은 높은 운전 안전성을 바탕으로 무절연 고온 초전도 인서트 코일을 기존 초전도 자석에 비해 50배 이상의 높은 에너지 밀도로 설계했다. 이에 직경 34mm, 높이 53mm의 초소형 제작도 가능해졌다. 

또 45.5Tesla의 초고자기장 환경에서 운전되면서도 사고 시 초전도 자석이 전기적으로 타지 않는 특성을 실험적으로 입증했다.

나아가 고온 초전도체에서 발생하는 차폐전류가 초고자기장 환경에서 초전도 재료에 기계적 변형을 발생시킬 수 있음을 규명하고, 해결책을 제시했다. 

한승용 교수는 "새로운 무절연 고온 초전도 자석 기술로 기존 한계를 뛰어넘는 초고자기장을 보다 안전하게 발생시키고, 초소형화가 가능하다는 것을 보여줬다"며 "향후 암 진단용 MRI, 신약개발용 분석장비 등의 의료 분야, 풍력 발전, 에너지 저장 장치 등 에너지 분야, 오폐수 처리 등 환경, 전기 추진 수송 분야, 고효율 산업용 기기 등 산업 전반에 파급 효과가 있을 것"이라고 말했다. 

연구결과는 국제 학술지 네이처에 13일자로 발표됐다. 연구는 미국 국립과학재단과 삼성전자 미래기술 육성센터, 한국연구재단의 지원을 받았다. 
무절연 고온 초전도 자석의 원리와 새롭게 개발된 무절연 고온 초전도 인서트 자석(위). 무절연 고온 초전도 인서트 자석을 이용해 45.5 테슬라 직류 자기장 기록을 달성한 결과(아래).<자료=서울대 공대 제공>무절연 고온 초전도 자석의 원리와 새롭게 개발된 무절연 고온 초전도 인서트 자석(위). 무절연 고온 초전도 인서트 자석을 이용해 45.5 테슬라 직류 자기장 기록을 달성한 결과(아래).<자료=서울대 공대 제공>
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