[논문]3 T급 대면적 YBCO 초전도 벌크자석 개발

한상철; 정세용; 박병준; 한영희

3 T급 대면적 YBCO 초전도 벌크자석 개발
Development of 3 T-class Large Area YBCO Superconductor Bulk Magnet 원문보기

Progress in superconductivity, v.14 no.1, 2012년, pp.71 - 75

한상철 (KEPCO Research Institute) , 정세용 (KEPCO Research Institute) , 박병준 (KEPCO Research Institute) , 한영희 (KEPCO Research Institute)

Abstract ▼ AI-Helper

For the practical application of a YBCO superconductor bulk magnet, the superconductor bulk magnet with strong and stable magnetic field on a large area surface should be fabricated. To satisfy these requirements, we have designed a conduction-cooled bulk magnet system using six single grain YBCO bulk superconductors. Six rectangular-shaped YBCO bulk superconductors with a dimension of $38{\times}38{\times}15mm^3$ were field-cooled at 20 K using a superconductor magnet with maximum operating magnetic field of 4 T. The magnetic flux of 3.0 T and 2.8 T were achieved on the surface of bulk superconductors and over the vacuum chamber surface of the refrigerator, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

착자기에 전류를 통전하여 고자장을 발생시키고 이 자기력이 상온상태의 초전도체 내부로 100% 통과하도록 한 상태에서 전도냉각 용기의 냉동기를 가동하여 초전도체를 전도냉각 시키면 정해진 착자기 능력 하에서 최대 자장을 포획한 초전도 벌크자석을 만들 수 있다. 본 연구에서는 NbTi계 저온초전도코일을 사용하여 상온보아 300 mm, 최대중심자장 4 T를 인가할 수 있는 초전도 착자기를 설계/제작하여 3.3 T까지 착자기 자장을 인가하고 6 개의 YBCO 초전도 벌크을 착자하는 데 성공하였다. Fig.

제안 방법

따라서 본 연구에서 초전도 벌크자석을 위해 사용된 YBCO123 단결정은 Y123 분말과 Y₂O₃ 분말을 혼합한 것을 전구체분말로 하여 용융-응고법으로 제조하였다. Y₂O₃ 조성은 실험을 통해 0.3 mol로 정하였고 역시 단결정 내 Y211 입자 미세화를 위해 1wt% CeO₂를 첨가하였다. Y123-Y₂O₃계는 단결정 제조 열처리 공정에서 과냉온도를 높게 할 수 있어서 단결정 내 Y211입자의 크기를 Y123-Y211계 보다 줄일 수 있어서 포획자장 능력이 뛰어난 단결정을 제조 할 수 있다.
YBa₂Cu₃O_x-Y₂O₃계를 이용하여 종자를 이용한 용융-응고성장법으로 대면적 고특성 YBCO 초전도 단결정을 성공적을 제조하였고 6 개의 YBCO 단결정을 배열한 시편 지지대를 냉동기를 이용하여 20 K까지 원활하게 전도냉각하였다. 내부 보아사이즈 큰 4 T급 초전도 착자기를 이용하여 3.
시편을 장착하는 시편 지지대의 재료는 열전달 특성이 우수한 무산소동으로 제작하였으며, 시편 지지대 및 복사차페막은 G-10 봉을 이용하여 수직방향으로 지지되도록 설계하였다. 그리고 시편 지지대의 하단부와 복사차폐막 및 복사차폐막과 진공조 사이에 FRP 원판을 조립하여 시편 지지대가 수평방향으로 힘을 받을 때 전달되는 힘이 진공조 내벽에서 지지되도록 하였다. 저온 영역을 상온인 외부로부터 단열하는 진공용기는 스텐레스 스틸을 사용하여 제작되며, 300 K 온도영역인 진공조로부터 최저 20 K 온도영역인 시편으로의 복사열침입은 두께 2 mm인 알루미늄을 이용하여 복사열을 차폐하도록 하였다.
계를 이용하여 종자를 이용한 용융-응고성장법으로 대면적 고특성 YBCO 초전도 단결정을 성공적을 제조하였고 6 개의 YBCO 단결정을 배열한 시편 지지대를 냉동기를 이용하여 20 K까지 원활하게 전도냉각하였다. 내부 보아사이즈 큰 4 T급 초전도 착자기를 이용하여 3.3 T 자장하에서 6 개의 YBCO 벌크가 배열된 대면적 초전도체를 착자하여 2.9 T급 대면적 YBCO 초전도벌크자석을 만드는데 성공하였다. 이러한 대면적 초전도 벌크 자석은 조작기, 초전도 벌크 모터, 자기분리기 등의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것이다.
진공조 상판 플랜지에 냉동기를 부착하였으며, 복사차폐의 상판 플랜지는 G-10 봉을 통하여 진공조 상판 플랜지에 조립하였다. 복사차폐 상판플랜지와 냉동기 1단 그리고 냉동기 2단과 시편 지지대는 연성이 높은 동 연선으로 연결하여 열전달을 시키는 동시에 냉동기로 힘이 전달되는 것을 방지하도록 하였다. 복사차폐의 외주에 다층 단열을 시공하여 복사열침입을 최소화 하였다.
복사차폐 상판플랜지와 냉동기 1단 그리고 냉동기 2단과 시편 지지대는 연성이 높은 동 연선으로 연결하여 열전달을 시키는 동시에 냉동기로 힘이 전달되는 것을 방지하도록 하였다. 복사차폐의 외주에 다층 단열을 시공하여 복사열침입을 최소화 하였다.
시편 지지대는 열전달 특성이 우수한 무산동판에 사각의 홈을 가공하고 여기에 가로 및 세로가 각각 38 mm이고 두께가 15 mm인 YBCO 초전도 단결정 시편 6개의 옆면에 경사 가공하여 삽입시키는 구조로 제작하였다. 시편 지지대 및 시편에 각각 온도센서를 부착하여 모니터링하도록 하였다.
3은 YBCO 단결정 6개를 전도냉각 하기 위한 시편 지지대의 확대사진을 나타낸다. 시편 지지대는 열전달 특성이 우수한 무산동판에 사각의 홈을 가공하고 여기에 가로 및 세로가 각각 38 mm이고 두께가 15 mm인 YBCO 초전도 단결정 시편 6개의 옆면에 경사 가공하여 삽입시키는 구조로 제작하였다. 시편 지지대 및 시편에 각각 온도센서를 부착하여 모니터링하도록 하였다.
시편을 장착하는 시편 지지대의 재료는 열전달 특성이 우수한 무산소동으로 제작하였으며, 시편 지지대 및 복사차페막은 G-10 봉을 이용하여 수직방향으로 지지되도록 설계하였다. 그리고 시편 지지대의 하단부와 복사차폐막 및 복사차폐막과 진공조 사이에 FRP 원판을 조립하여 시편 지지대가 수평방향으로 힘을 받을 때 전달되는 힘이 진공조 내벽에서 지지되도록 하였다.
연구에서는 종자를 사용한 용융-응고법으로 4 cm크기의 YBCO 단결정을 제조하여 초전도 벌크 자석용 시편을 준비하였고 6 개의 단결정을 배열한 대면적을 전도냉각으로 20 K까지 냉각하여 4 T급 초전도 착자기를 사용하여 최대 3 T급 대면적 YBCO 초전도 벌크자석을 개발하였다.

대상 데이터

즉 입자성장이 온도의 변동에 대한 불안정성에 매우 민감해서 재연성있는 대면적 단결정을 성장시키기 어렵고 Y123 단결정 내에 존재하는 Y211 입자를 미세화 시키기 어렵다는 것이다. 따라서 본 연구에서 초전도 벌크자석을 위해 사용된 YBCO123 단결정은 Y123 분말과 Y₂O₃ 분말을 혼합한 것을 전구체분말로 하여 용융-응고법으로 제조하였다. Y₂O₃ 조성은 실험을 통해 0.
본 연구에서 사용된 초전도 단결정은 Y123 + 0.3mol Y₂O₃ + 1wt% CeO₂ 조성의 전구체를 900℃에서 6시간 부분용융 시킨 다음 1050℃에서 20분유지 후 1010℃까지 냉각하여 960℃까지 0.3/hr의 냉각속도로 서냉하여 제조하였다. Fig.
그리고 시편 지지대의 하단부와 복사차폐막 및 복사차폐막과 진공조 사이에 FRP 원판을 조립하여 시편 지지대가 수평방향으로 힘을 받을 때 전달되는 힘이 진공조 내벽에서 지지되도록 하였다. 저온 영역을 상온인 외부로부터 단열하는 진공용기는 스텐레스 스틸을 사용하여 제작되며, 300 K 온도영역인 진공조로부터 최저 20 K 온도영역인 시편으로의 복사열침입은 두께 2 mm인 알루미늄을 이용하여 복사열을 차폐하도록 하였다.

성능/효과

초전도착자기의 상온보아를 줄여서 성능을 개선하면 더 높은 자장을 인가하여 3 T가 넘는 대면적 초전도벌크자석을 만들 수 있다는 것을 확인하였다. 향후 이러한 대면적 고자장 초전도 벌크 자석은 조작기, 초전도 벌크자석 모터, 초전도 벌크자석 자기분리기 등에서 탁월한 성능을 발휘할 것으로 예상된다.
6(a)에서 각 초전도체에서 측정된 포획자장값은 초전도체 표면에서 3 mm 떨어진 저온용기 표면에서 측정한 값이다. 최대값이 2.5 T정도로 측정되었고 주변에서 상당히 위험할 정도로 강한 자장을 느낄 수 있었다. Fig.

후속연구

9 T급 대면적 YBCO 초전도벌크자석을 만드는데 성공하였다. 이러한 대면적 초전도 벌크 자석은 조작기, 초전도 벌크 모터, 자기분리기 등의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것이다.
초전도착자기의 상온보아를 줄여서 성능을 개선하면 더 높은 자장을 인가하여 3 T가 넘는 대면적 초전도벌크자석을 만들 수 있다는 것을 확인하였다. 향후 이러한 대면적 고자장 초전도 벌크 자석은 조작기, 초전도 벌크자석 모터, 초전도 벌크자석 자기분리기 등에서 탁월한 성능을 발휘할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고자장 초전도 자석 기술의 발달로 기대할 수 있는 효과는 무엇인가?	고자장 초전도 자석 기술은 세계 최첨단의 기술로 초전도모터, 자기분리기 등에 바로 적용이 가능하고, 전력산업분야에서는 초고압 및 송전급 차단기에 적용되어 신뢰성과 안정성 향상에 지대한 공헌을 할 것으로 기대되며, 부가기술인 냉동기술은 초전도 전력기기의 상용화를 앞당길 것으로 기대되고 있다.
	초전도 벌크 자석 기술의 핵심 기술과 주변 기술은 무엇인가?	초전도 벌크 자석 기술은 초전도 벌크를 제조하는 초전도재료 기술을 핵심으로 하고 착자 기술과 냉동기술을 주변기술로 갖고 있다. 최근에 YBCO 초전도재료의 기계적 특성 향상 연구의 결과로 초전도 벌크의 포획자장이 획기적으로 향상되었다 [1-4].
	Y123-Y211계를 이용한 단결정 성장 시 대면적 단결정 성장과 Y211 입자 미세화가 어려운 이유는 무엇인가?	그러나 Y123-Y211계를 이용한 단결정 성장 시 단점은 포정반응이 온도와 조성이 정해진 불변반응이기 때문에 준안정상태에서 성장과정의 안정성을 보장하는 과냉 온도가 크지 않다는 것이다. 즉 입자성장이 온도의 변동에 대한 불안정성에 매우 민감해서 재연성있는 대면적 단결정을 성장시키기 어렵고 Y123 단결정 내에 존재하는 Y211 입자를 미세화 시키기 어렵다는 것이다. 따라서 본 연구에서 초전도 벌크자석을 위해 사용된 YBCO123 단결정은 Y123 분말과 Y2O3 분말을 혼합한 것을 전구체분말로 하여 용융응고법으로 제조하였다.

참고문헌 (5)

H. Ikuta, A. Mase, Y. Yanagi, M. Yoshikawa, Y. Itoh, T. Oka, U. Mizutani, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 1345.

상세보기
S. Gruss, G. Fucks, G. Krabbes, P. Verges, G. Sto" ver, K.-H. Mu" ller, J. Fink, L. Schultz, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 3131.

상세보기
M. Tomita, M. Murakami, Nature 421 (2003) 517.

상세보기
Y. Yanagi, M. Yoshikawa, Y. Itoh, T. Oka, H. Ikuta, U. Mizutani, Physica C 412-414 (2004) 744.
R. L. Meng, L. Gao, P. Gautier-Picard, D. Ramirez, Y. Y. Sun, and C. W. Chu, Physica C, Vol. 232, p. 337, 1994.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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