4월 과학기술인상, 서울대학교 한승용 교수 선정

- 고온초전도자석을 이용한 직류 자기장 세계 신기록 달성

과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 서울대학교 전기정보공학부 한승용 교수를 선정했다고 지난달 1일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 한승용 교수가 초소형·초경량 무절연 고온초전도자석을 개발하고, 직류 자기장 세계 신기록을 달성하여 전기전자기반 산업의 경쟁력 강화를 이끌고 초전도자석 연구의 국제적 위상을 높인 공로를 높게 평가했다고 밝혔다.
  비교적 높은 온도에서 전기저항이 0이 되어 많은 전류를 손실 없이 전송하는 고온초전도 현상이 1986년 처음 밝혀진 후 항공기·선박 등에 필요한 대형전기추진시스템, 진단용 자기공명영상장치(MRI) 및 신약개발 분석장비, 신재생에너지 저장장치 등 산업 전반에 큰 파급 효과를 불러왔다.
  하지만 순간적으로 초전도 특성이 사라지는 ㅤㅋㅞㄴ치(Quench) 현상과 그로 인해 고온초전도자석이 타버리는 문제는 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다. 이 문제를 해결하기 위해 기존 고온초전도자석은 테이프 형태의 초전도선 사이에 절연체를 넣었으나, 한승용 교수는 이런 관행을 깨고 절연체를 없앤 ‘무절연 고온 초전도자석´을 세계 최초로 제안한 도전이 4월 전기의 날을 맞아 재조명되고 있다.
  한승용 교수는 기존 세계 최고 성능의 초전도자석(총 무게 35톤) 대비 크기와 무게를 1/100로 줄인 초소형·초경량 초전도자석을 개발하여, 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 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 틀(패러다임)을 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”고 밝혔다.

[주요 연구성과 설명]

<고온초전도자석을 이용한 직류 자기장 세계 신기록 달성 >

□ 초소형·초경량 무절연 고온초전도자석 기술로 직류 자기장 세계 최고 기록 45.5T 달성

미국 국립고자기장연구소(NHMFL)와 공동연구를 통해 무절연 고온초전도자석을 이용, 45.5T의 직류 자기장 세계 최고 기록을 달성했다. 기존 세계기록(44.6T)을 보유한 자석(총 중량 35톤) 대비 50배 이상의 에너지 밀도로 설계·제작해 자석의 크기와 무게를 1/100 이하로 줄이는 초소형화에 성공, 초전도자석 기술의 틀(패러다임)을 바꾼 것으로 평가받는다. 연구성과는 2019년 6월 네이처 본지와 네이처 홈페이지 메인화면에도 소개됐으며, 같은 해 12월 영국 물리학회 산하 피직스 월드(Physics World)가 주관한 ‘Top 10 Breakthroughs for 2019(2019 10대 혁신기술)’에도 선정됐다.

□ 무절연 고온초전도자석 기술을 적용한 MIT-CFS의 차세대 초소형 핵융합장치 개발 계획

미국 MIT 및 코먼웰스 퓨전 시스템(Commonwealth Fusion System)이 공동으로 개발 중인 차세대 초소형 핵융합 장치는 무절연 고온초전도 기술이 적용된 대표적인 연구 사례이다. 빌게이츠가 선정한 ‘Top 10 Breakthrough Technologies of 2019(2019 10대 혁신기술)’에 선정되며 2억1500만 달러(약 2,432억 원)의 민간투자를 받고 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 이외에도 무절연 고온초전도자석 기술은 고자기장이 요구되는 MRI 의료 진단 장비, 신약개발용 바이오 분석장비, 신소재 개발을 위한 초고자기장 연구용 자석, 신재생 풍력발전, 전기추진 등 광범위한 산업 분야로 빠르게 파급되고 있다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2021년 5월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>