영하 271도(2K) 극저온 냉각장치 국내최초 개발

- 2년여 산·연 협력결실로, 과학벨트 중이온가속기의 활용폭 증대 기대 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희)는 기초과학연구원 중이온가속기 건설구축사업단(단장 정순찬, 이하 ‘사업단’)과 산업체와의 협력을 통해 국내 최초로 초전도 가속관 개발의 필수기술인 영하 271도 (2K) 극저온 냉각장치를 개발하고 구현실험에 성공했다고 밝혔다.

□ 이번에 개발한 기술은 가속기 빔의 안정적 가속을 위해 진공상태인 초전도 가속관 내부를 최적의 온도조건인 영하 271도(2K) 상태로 만드는 극저온 냉각기술로 국가 신성장거점인 국제과학비즈니스벨트 내 중이온가속기의 성공적 구축에 필수적인 기술이다.

□ 사업단은 이를 위해 ’13년도 중반부터 개발에 착수해 초유체 헬륨을 생성하여 초저온ㆍ저진공 상태에서 누설없이 보관하는 대용량(30W)¹⁾냉각장치를 자체 설계(’13.9월~’14.3월)한 후,

ㅇ 국내 산업체들과 함께 장치제작과 시스템 설치, 예비시험 등을 마치고(’14.3월~’15.6월), 최근 이를 활용한 2K 실험²⁾을 국내 최초³⁾로 성공했다.(’15.10월)

ㅇ 이러한, 초유체 헬륨의 대량생성 기술구현은 프랑스, 독일, 미국, 일본 등 세계 약 10개국* 정도만 가능하다.

□ 이번 산·연(産ㆍ硏) 협력을 통한 영하 271도(2K) 극저온 냉각장치 개발 및 실험성공으로 압력제어 기술과 열 차폐 설계 분야의 국내기술 수준이 크게 진일보하게 되었다.

ㅇ 아울러 ’21년에 완공될 과학벨트 중이온가속기를 활용한 기초연구 및 활용연구가 보다 활성화되고, 산업분야의 기술파급도 클 것으로 보인다.

- 디지털 혁명의 필수 원소인 실리콘(Si)이 별의 내부(30억도)에서 생성되는 장면을 2K 환경의 초전도 가속기를 운전하여 재현할 수 있고, 2K 조건에서 대형ㆍ대규모 물성연구가 가능해, 가속기 활용연구가 극대화될 전망이다.

- 2K 구현에 사용된 액체헬륨 압력제어 기술은 지상 송전분야의 초전도 케이블 실험 등에 필요한 온도/압력 제어시스템에 활용이 가능하고,

- 초유체 헬륨 누설이 없고 단열효과가 우수한 저온유지 용기 제작 노하우는 의료분야 엠알아이(MRI)용 헬륨 용기 제작에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

□ 또한, 극저온 냉각장치 제작기술을 국내에서 보유하게 됨으로써 중이온가속기 구축비용의 절감효과*와 국산화 제작에 참여한 국내 업체들의 향후 해외진출 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 보인다.

미래창조과학부 중이온가속기지원팀