▲ 배준한 KERI 책임연구원팀이 개발한 전도냉각형 초전도자석.

의료용 MRI와 자기분리기, 전자가속기, 핵융합발전, 모터, 발전기 등에 널리 이용되고 있는 초전도 자석의 열적 안정성을 높이면서 훨씬 저렴하게 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(KERI·원장 박경엽) 초전도연구센터 배준한 책임연구원팀은 자체 정부출연금사업을 통해 기존 초전도 자석보다 원가는 절반으로 절감하고 열적 안정성은 대폭 높인 ‘전도냉각형 초전도 자석’의 개발에 성공했다고 밝혔다.

초전도체는 초전도 상태에서 손실 없이 전류를 전송하는 장점으로 MRI 등 초전도 발전기 및 모터 등 다양한 전기기기에 활용되고 있지만 초전도상태를 유지하기 위해 비싼 액체헬륨과 액체 질소를 용해야하는 번거로움과 복잡한 극저온 용기의 구조, 유지비용이 많이 드는 단점이 있다.

이에 글로벌 시장에서는 기존 초전도 자석과는 달린 극저온 냉동기를 이용해 값비싼 액체헬륨이 필요 없고 구조가 단순하며 무게가 20%가량 가볍고 유지비용이 1/10수준인데다가 콘센트로 전기코드만 연결하면 운용이 가능한 플러그 인(Plug-in) 형태로 구성된 ‘전도냉각형 초전도 자석’의 개발이 활발히 진행되고 있다.

하지만 전도냉각형 초전도 자석의 핵심부품인 극저온 냉동기의 경우, 국내 시장을 그동안 일본의 한 기업이 독점하고 있었다

이에 KERI 연구팀은 극저온 단열 최적화와 저손실 금속계 초전도선 적용을 통해 이러한 문제점을 해결했다.

우선, 원가절감에 필요한 저가의 극저온 냉동기(알박크라이오) 사용을 위해 진공 단열의 최적화 설계를 적용, 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 밝혔다

이어 “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 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편,연구팀은 전도냉각형 MRI용 초전도 자석과 폐수 정화 및 재활용 분야에서 지속적으로 요구하는 전도냉각형 초전도 자기분리기의 제조 기술 등을 관련 국내 업체로의 기술이전 및 공동연구를 진행할 예정이다.