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극저온 냉동설비의 보수 현황

전문가 제언: ○ 극저온(very low temperature)에 관한 연구는 20세기 초에 네덜란드의 과학자 H.K. Onnes가 끓는점이 가장 낮은 물질인 헬륨을 액체화한 이후 각광을 받기 시작하였다. 그 후 저온학(cryogenics; 학자에 따라서는 ‘극저온학’으로 표현하기도 함)에서는 저온액체 중 끓는점이 가장 낮은 온도인 4.2K(-268.8℃)까지 극저온의 영역을 넓혔으며, 이를 바탕으로 하여 극저온 냉동기술(cryogenic technology)의 응용 범위가 넓어져 오늘에 이르고 있다.

○ 극저온 환경에서는 일반 저온에서 볼 수 없는 특별한 현상들이 발생한다. 극저온에서는 생명체의 생화학적인 현상이 거의 정지할 뿐 아니라, 전기저항이 사라지는 초전도 현상과 액체의 특성이 확연히 달라지는 무점성의 초유동과 같은 현상이 나타난다. 현재 인류는 극저온 냉동기술의 발달로 절대영도(0K, -273℃)에 아주 가까운 온도까지 만들 수 있다.

- 극저온 냉동기의 핵심 원리는 ‘스털링(Stirling) 냉동사이클’이다. 이 사이클은 이론적으로 매우 복잡하나 극저온을 얻는 기본 원리는 팽창엔진과 동일하다. 기체 액화사이클은 대용량의 냉동 시스템에 주로 이용되지만, 스털링 사이클은 소용량 시스템에 사용된다는 차이점이 있다.

- 극저온 냉동기술의 현재 통신산업(초전도 필터 등), 전자산업(초격자 소자, HEMT 등), 진공산업(cryopump 등), 초전도산업(MRI, SQUID, NMR, SMES, 초전도 케이블 등), 표면처리산업(cryopump, X-ray detector 등), 군수산업(적외선 탐지기 등)에 이용되고 있으며, 선진국에서는 이의 응용 범위와 기술 향상을 위한 연구가 매우 활발하다. 우리나라에서도 한국기계연구원 등에서 극저온 냉동기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.

○ 이 보고서는 극저온 냉동 기술 중에서 헬륨을 이용한 극저온 냉동 설비 시스템에 대한 개요와 이의 운전 및 보수 현황을 설명한 것이다. 비록 보고서 내용은 이 기술의 극히 일부분만을 다루고 있을 뿐이지만, 이 기술에 관심이 있는 기업이나 담당자가 참고할만한 정보가 될 것으로 보인다.

저자: MORIUCHI S.
자료유형: 학술정보