핵융합·우주추진체 개발 박차

이온화된 상태의 기체를 뜻하는 플라스마는 고체(제1상태), 액체(제2상태), 기체(제3상태)와 구분해 제4상태의 물질로 불린다.

일반적인 고온 기체들이 전기적으로 중성인 원자로만 이뤄진 것과 달리 플라스마 속에는 서로 반대의 전하를 가진 전자와 원자핵이 뒤섞여 있다. 이 때문에 전체적으로는 중성이지만 부분적으로 이온과 전자 사이의 전하 분리에 의해 전기장이 발생하고, 전하의 흐름에 의해서는 전류와 자기장이 발생한다. 우주를 이루는 물질의 99% 이상이 이같은 플라스마 상태로 이뤄져 있다.

우리 주위에서도 플라스마는 흔히 찾을 수 있다. 네온사인이나 형광등부터 북극의 오로라, 태양의 상태, 한여름에 소나기와 함께 자주 발생하는 벼락 등이 모두 플라스마 현상과 관련돼 있다. 또 지난해 완공돼 운전을 준비중인 핵융합 연구로인 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 및 국제 핵융합 실험로 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)와 같은 핵융합 분야에서 플라스마는 핵심적인 역할을 한다. 양성자 가속기 및 포항광가속기 등의 가속기 분야, 고출력 가스 레이저를 포함한 레이저 분야, 반도체 공정 등에서도 플라스마는 70% 이상의 점유율을 차지하고 있다. 이외에도 표면을 다듬는 데 쓰이는 공정용 플라스마와 PDP 및 LCD 등 디스플레이 분야, 유해가스 처리 등의 환경 분야에 이르기까지 그 영향력이 갈수록 커지는 추세다. 공학계에서 플라스마 공학을 ‘나노(10의 -9제곱)에서 기가(10의 9제곱)까지’라는 말로 표현하는 것도 응용분야가 넓기 때문이다.

한양대 전기공학과 정규선 교수 연구팀은 2003년 국가지정연구실로 선정된 이후 이같은 플라스마를 이용한 ‘디버터용 전기 탐침 해석·설계 기술 및 전기탐침 응용 기술 개발’ 연구를 수행하고 있다. 특히 핵융합 경계 플라스마와 플라스마를 이용한 우주 추진체 등 국산화가 시급한 분야에서 뚜렷한 연구성과를 거두고 있다. 정 교수는 “실험실내에 우주 추진체와 우주 플라스마를 모사하기 위한 장치인 DiPS를 도입하고 이온 온도 측정을 위한 레이저 유도 형광법을 개발하는 등 세계최고 수준의 인프라를 구축하고 있다.”고 밝혔다. 정 교수팀은 최근에는 레이저를 이용한 레이저 광 분리법과 레이저 톰슨 산란 등 산업체에 직접적으로 적용이 가능한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

정 교수는 “연구성과를 국가 핵융합연구소와 삼성SDI 등에 기술이전하는 등 적극적인 산학연구를 추진하고 있다.”면서 “국제 플라스마 학회를 유치하고 플라스마 종사자들을 교육시키는 것도 연구실에서 진행하는 중요한 과제”라고 설명했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr