영하 271℃ 극저온 냉각장치 개발됐다

중이온가속기 활용폭 증대 기대

▲중이온가속기의 영하 271도(2K) 극저온 냉각장치.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 영하 271℃(2K)의 극저온 냉각장치가 국내에서 처음으로 개발됐다.

기초과학연구원 중이온가속기 건설구축사업단(단장 정순찬, 이하 사업단)은 산업체와 협력을 통해 국내 최초로 초전도 가속관 개발의 필수기술인 영하 271℃ (2K) 극저온 냉각장치를 개발하고 구현실험에 성공했다고 4일 발표했다. 이번에 개발한 기술은 가속기 빔의 안정적 가속을 위해 진공상태인 초전도 가속관 내부를 최적의 온도조건인 영하 271℃(2K) 상태로 만드는 극저온 냉각기술이다. 국가 신성장거점인 국제과학비즈니스벨트 내 중이온가속기의 성공적 구축에 필수적 기술이다.

사업단은 이를 위해 2013년도 중반부터 개발에 착수해 초유체 헬륨을 생성, 초저온·저진공 상태에서 누설없이 보관하는 대용량(30W)1)냉각장치를 자체 설계(2013년9월~’204년3월)한 뒤 국내 산업체들과 함께 장치제작과 시스템 설치, 예비시험(2014년3월~2015년6월) 등을 마쳤다. 최근 이를 활용한 2K 실험을 국내 최초로 성공했다.

초유체 헬륨의 대량생성 기술구현은 프랑스, 독일, 미국, 일본 등 세계 약 10개국 정도만 가능하다. 이번 산·연(産·硏) 협력을 통한 영하 271℃(2K) 극저온 냉각장치 개발과 실험성공으로 압력제어 기술과 열 차폐 설계 분야의 국내기술 수준이 크게 상승할 것으로 보인다. 2021년에 완공될 과학벨트 중이온가속기를 활용한 기초연구와 활용연구가 보다 활성화되고 산업분야의 기술파급도 클 것으로 예상된다. 디지털 혁명의 필수 원소인 실리콘(Si)이 별의 내부(30억도)에서 생성되는 장면을 2K 환경의 초전도 가속기를 운전해 재현할 수 있다. 2K 조건에서 대형·대규모 물성연구가 가능하다. 가속기 활용연구가 극대화될 전망이다.

극저온 냉각장치는 국내기업이 해외 제작비용 대비 약 50% 수준에서 제작됐다. 앞으로 중이온가속기 내 초전도 가속관의 냉각효율을 향상시키고 이를 통한 부품과 운용 비용에 대한 절감효과가 있을 것으로 기대되고 있다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr