원자력연, 플라즈마 내 더스트 입자 운동 원리 세계 첫 규명

극저온 플라즈마 발생장치. 진공챔버 내부에 플라즈마를 만들고 액체질소를 이용해 전극을 냉각시킨 뒤 수증기를 공급해주면 플라즈마 내부에 비구형, 프랙탈 모양의 얼음 알갱이들이 생성된다.

플라즈마 내 미세먼지 입자를 제거하는 ‘더스트(dust) 입자 운동 원리’를 국내 연구진이 세계 최초로 입증에 성공했다.

한국원자력연구원 원자력데이터센터 채길병 박사는 플라즈마 상태에서 더스트 입자를 생성시킨 후 이들의 소용돌이 운동과 정렬 현상을 규명하는 데 성공했다. 이 성과는 세계적인 학술지 네이처의 자매지 사이언티픽 리포트에 게재됐다.

채길병 박사는 실험을 통해 비구형 더스트 입자들이 플라즈마 내부에서 발생하는 전기장과 이온의 흐름에 의해 소용돌이치는 현상과 이후 해당 입자들이 정전기적 상호작용을 통해 정렬 및 자전 운동하는 것을 발견했다. 이번 연구는 극저온 플라즈마 발생장치를 통해 비구형 프랙탈 모양의 얼음 더스트 입자를 생성하고 관찰함으로써 플라즈마 상태의 우주 대기와 유사한 환경에서 진행됐다는 점에서 의의가 있다.



플라즈마에 존재하는 더스트 입자는 대부분 비구형이나, 학계의 많은 이론이 계산상의 편의를 위해 구형으로 가정하고 있다. 이러한 차이는 실제 입자 운동 관찰 결과와 수리적 계산의 차이가 해소되지 않는 학계의 난제로 꼽혀왔다.

비구형 더스트 입자의 소용돌이 현상은 이제껏 학계에 보고된 바가 없어 채길병 박사의 연구가 최초다.

또 이론적으로 구형 더스트 입자에선 관찰할 수 없는 자전운동에 대해 실제 비구형 입자를 토대로 관찰에 성공해 플라즈마 내 미세먼지의 운동 원리를 실제에 가깝게 입증해낸 것으로 평가 받는다.

채길병 박사는 “학계에서 통용되던 구형 더스트 입자 가설의 오류를 증명하고, 비구형 입자 형태를 적용하는 것이 타당함을 입증했다. 향후 플라즈마 공정 과정에서 발생하는 미세먼지를 제어하는 등의 기술적 성과 창출을 위한 융합연구와 플라즈마 상태의 극한환경 연구 주제인 우주과학 분야에 도전할 계획”이라고 밝혔다.
이해미 기자 ham7239@

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