초록 ▼

2세대 고온초전도 선재는 초전도접합 기술이 개발되지 않은 상태이며, 현재까지 전 세계적으로도 상용 초전도 선재를 이용하여 고온초전도 마그넷을 영구전류모드로 운전하는 데 성공한 사례는 본 연구진 외에는 없는 실정이다. 30 T 이상의 고자장 NMR이나, 10 T 이상의 MRI 개발을 위해서는 고온초전도마그넷 적용이 불가피하다. 하지만 NMR/MRI 마그넷은 발생시켜야 하는 자기장의 크기도 매우 커야하지만, 그에 못지않게 중요한 요구사항이 바로 공간적 자장균일성과 시간적 자장균일성이다. 이 중, 시간적인 균일성을 유지하기 위해서는 마그

2세대 고온초전도 선재는 초전도접합 기술이 개발되지 않은 상태이며, 현재까지 전 세계적으로도 상용 초전도 선재를 이용하여 고온초전도 마그넷을 영구전류모드로 운전하는 데 성공한 사례는 본 연구진 외에는 없는 실정이다. 30 T 이상의 고자장 NMR이나, 10 T 이상의 MRI 개발을 위해서는 고온초전도마그넷 적용이 불가피하다. 하지만 NMR/MRI 마그넷은 발생시켜야 하는 자기장의 크기도 매우 커야하지만, 그에 못지않게 중요한 요구사항이 바로 공간적 자장균일성과 시간적 자장균일성이다. 이 중, 시간적인 균일성을 유지하기 위해서는 마그넷에 전류를 인가하는 전원을 매우 안정적으로 동작시킬 필요가 있지만, 아직까지는 고온초전도 마그넷의 영구전류모드 운전이 불가능하기 때문에 개발의 제약이 있었다. 또한 고온초전도 선재는 n값이 작고, 초전도-상전도 사이의 상변이 발생에 필요한 온도, 자기장의 범위가 크기 때문에 기존의 저온초전도 플럭스 펌프의 기술을 바로 적용하기는 어려운 것으로 알려져 있다.

본 연구에서는, 선행 연구의 결과를 바탕으로 1 T 무접점 고온초전도 마그넷의 여자전류를 공급할 수 있는 고온초전도 플럭스 펌핑 기술을 구현한다. 이를 위해 1차년도에는 전도냉각형 고온초전도 마그넷에 적용할 수 있는 초전도 플럭스 펌프를 제안하고, 기존 저온초전도 마그넷용 플럭스 펌프 및 기초단계의 고온초전도 플럭스 펌프의 연구사례를 검토하였다. 무접점 마그넷에 적합한 플럭스 펌프의 구조 설계를 진행하고, 국부 초전도-상전도 상변이를 위한 고정자의 구조 및 설계방안에 대한 이론적 연구를 진행하였다. 2차년도에는 설계된 상변이 고정자 구조에 대한 충전 운전 시험을 진행하고, 프로토타입플럭스 펌프의 상세 설계를 진행한다. 0.2 T 고온초전도 마그넷 여자용 플럭스 펌프를 설계, 제작하여 특성시험을 진행하고, 최종 1 T 초전도 마그넷에 적용할 수 있는 플럭스 펌프를 상세 설계한다.
선행연구에서 나타난, 고온초전도 선재의 박리로 인한 임계전류 저하를 방지할 수 있는 선재 검토 및 보호 기술연구 및 무접점 초전도 마그넷의 성능 향상 연구도 함께 진행하였다. 3차년도에는 본 연구의 최종 목표인 영구전류모드 운전이 가능한 1 T 무접점 고온초전도 마그넷 및 초전도 플럭스 펌프를 제작하고 그 성능을 시험을 진행하고 이를 통해 향후 고온초전도 NMR이나 MRI의 적용 가능성을 검토하였다.

3년의 연구를 통해 1 T 의 중심자기장을 가지는 고온초전도 영구전류 모드 마그넷의 개발 및 영구전류모드 운전을 위한 고온초전도 플럭스 펌프를 개발하고, 40시간 이상의 영구전류 모드 운전 시험을 통해 17.9 ppm/hour의 안정도를 확인하였다. 본 연구는 전 세계적으로도 아직까지 진행된 적이 없는 최초의 기술개발 결과로 연구 성과들은 주요 관련 국제 학술대회 및 관련 논문지를 통해 발표하였다.

고온초전도 마그넷은 단순히 임계 온도가 높은 초전도체가 아닌, 기존 저온초전도에 비해 훨씬 높은 임계전류, 임계자기장과 우수한 기계적 특성을 가지는 재료이다. 하지만 아직까지 상용화되지 못 한데에는 여러 가지 이유가 있지만, 영구전류운전이 안 되는 점도 중요한 장애요소라고 할 수 있다. 본 연구 결과는 고자기장, 고품질의 자속밀도가 요구되는 High field stability용 DC 마그넷(MRI, NMR)을 위한 영구전류 모드 전원장치로 활용이 가능한 기술이며, 접합부의 접합저항이나 고온초전도선재 고유특성인 적은 n 값 등에 의한 마그넷 운전전류 감쇠 현상의 보상 운전용으로 사용될 수 있다. 또한 초전도 모터, 발전기 등 회전기기의 고자기장 발생 여자용으로 활용될 수 있는 등 직류 운전을 하는 대부분의 초전도기기의 전원장치로 응용이 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 11