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NMR용 고자기장 초전도자석의 개발

전문가 제언: ○ 수 T 이상의 고자기장을 비파괴적인 방법으로 생성하는 데는 전적으로 초전도체가 사용된다. 10T 이하에서는 NbTi, Nb3Sn 등의 저온초전도체(LTS)가 사용되고, 그 이상에서는 LTS와 구리코일의 하이브리드, 또는 LTS와 결합된 고온초전도체(HTS)가 이용된다.

○ 1H, 13C와 같은 핵의 자기적 성질을 이용하여 유기물을 분석하는 NMR 분광기에는 초전도자석이 주로 사용된다. 자기장이 높아야 감도와 분해능이 좋아지기 때문이다.

○ 초전도체가 발견된 지 100여년이 가깝지만 상용화 된 제품은 NMR 분광기와 임상진단에 사용되는 인체용 자기공명 영상장치(MRI: Magnetic Resonance Imaging)가 있을 뿐이다. 핵융합장치나 대형입자가속기에 대량의 초전도자석이 사용되나 이것들은 연구용 자석이다.

○ NMR 자석은 시간적 안정도와 공간적 균일성의 조건이 연구용 자석보다 훨씬 엄격하다. 그럼에도 불구하고 연구용 자석보다 더 고자기장의 자석이 개발된 배경에는 강력한 시장의 수요가 있기 때문이다. 이런 경향은 계속될 것으로 예상한다.

○ 현재 NMR 자석은 직경 54㎜의 실용공간에서 22.3T(950㎒)가 개발되었으며 다음 목표는 1㎓(23.5T)이다. 인체용 MRI로는 직경 650㎜에서 9.4T(400㎒)가 개발되어 있으며 500㎒를 개발 중이다.

○ 국내에는 기초과학지원연구원과 KIST에 900㎒ NMR 분광기가 도입되어 운용중이다. 이 장비는 전 세계적으로도 20 여대에 불과한 최첨단 기기이다. 거대 생체고분자의 입체구조를 규명하여 신약 후보물질 개발에 필수적이다.

○ 핵융합장치인 KSTAR에 사용되는 초전도자석과 MRI용 초전도 자석을 국내에서 개발한 경험이 있다. 앞으로의 시장전망을 고려할 때 국내에서도 NMR 자석과 같은 상용화 할 수 있는 초전도자석을 개발하는 노력이 시작되어야 할 시점이 되었다고 생각한다.

저자: Tsukasa Kiyoshi
자료유형: 학술정보