최근 전 세계적으로 극저온 냉동기를 이용한 ‘전도냉각형 초전도 자석’ 개발에 관심이 집중되고 있는 가운데, 한국전기연구원 초전도 연구센터 배준한 책임연구원팀은 제조 원가와 안정성을 대폭 높힌 초전도 자석과 관련 제조기술 개발에 성공했다.

이 기술은 의료용 MRI(자기공명영상장치), 자기분리기, 전자가속기, 핵융합발전, 모터, 발전기 등에 널리 이용되고 있는 초전도 자석을 열적 안정성을 높이면서 훨씬 저렴하게 제작할 수 있는 기술이다.

KERI 연구팀은 극저온 단열 최적화와 저손실 금속계 초전도선 적용을 효과적으로 활용했다. 우선, 원가절감에 필요한 저가의 극저온 냉동기(알박크라이오) 사용을 위해 진공 단열의 최적화 설계를 적용하고 극저온용기로 들어오는 복사열 침입량을 최소화했다. 

또한 금속 전류도입선과 초전도코일 사이에 고온초전도 전류도입선을 삽입해 전류가 흐를 때 상온의 금속 전류도입선에서 발생되는 저항열이 초전도코일으로 유입되는 것이 차단되도록 했다. 유연성이 우수한 테이프 형상의 고온초전도선을 적용해 냉각 시 고온초전도 전류도입선이 단선되는 사고도 방지하는 한편, 약간의 기계적 오차가 발생하여도 조립이 가능하도록 했다.

이를 통해 초전도 자석의 충전 속도를 7배 가량 높일 수 있게 됐고, 내부 열 경로의 최소화 및 단순화를 통해 전도냉각형 초전도 자석 크기의 소형화 및 원가절감을 달성할 수 있었다.

개발 책임자인 KERI 초전도연구센터 배준한 책임연구원은 “원가절감 전도냉각형 초전도자석 개발로 기존의 초전도자석은 고가이고, 유지비용이 많이 들며, 위험하다는 인식을 획기적으로 바꿀 수 있는 계기가 될 것”이라고 전하며 “향후 빠른 시일 내 전도냉각형 초전도 MRI와 초전도 자기분리기 등의 상품화를 가능하게 하여 의료, 환경, 에너지 분야 등 미래의 먹거리로 각광받고 있는 초전도 산업의 활성화에 크게 기여할 것”으로 기대했다.

김연주 기자 (eltred@hellot.net)