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고에너지 X선과 중성자빔을 이용한 Nb3Sn 선재와 케이블의 정량적 변형 측정

전문가 제언: ○ 현재 실용화 된 초전도체는 주로 액체헬륨온도(4.2K)에서 사용되는 금속합금의 저온초전도체이다. 응용에는 고자기장 자석제작이 주종을 이루며 10T 이하의 경우에는 NbTi, 10T 이상의 초고자기장 자석에는 Nb3Sn이 사용된다. 의료진단에 이용되는 자기공명영상장치(MRI)에는 흔히 NbTi 선재를 사용한 초전도자석이 이용된다. 핵자기공명(NMR) 분광기에 이?되는 자석에는 Nb3Sn을 포함한 하이브리드형도 있다.

○ 한편 입자가속기나 핵융합장치와 같은 기초연구에도 초고자기장 초전도자석이 이용되며 Nb3Sn을 사용한 초고자기장 자석이 대부분이다. 특히 남부 프랑스에 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER)에도 TF(Toroidal Field)와 CS(Central Solenoid) 코일에 Nb3Sn 초전도체가 사용된다.

○ Nb3Sn 선재와 케이블 도체의 변형측정에는 중성자와 싱크로트론 복사로 발생된 강한 x선이 사용된다. 일반 실험용 원자로에서 발생하는 중성자속보다 훨씬 강력한 중성자속을 가진 전용 중성자발생 시설이 선진국을 중심으로 건설되었다. 방사광가속기라고도 불리는 싱크로트론 복사 설비도 선진국의 경우에는 4세대가 이용되고 있다.

○ Nb3Sn은 개발된 지 반세기가 지났지만 ITER와 같은 초고온, 초고압, 초고자기장과 같은 극한환경에서 사용하려면 여러 예비연구가 필요하며 여기서 다루는 변형 측정도 그 중의 하나이다. 국내의 Nb3Sn 선재 연구는 핵융합장치인 KSTAR의 건설에 즈음하여 획기적인 발전을 하였다. ITER 건설에 참여하는 핵융합 선진국의 하나로 ITER-TF 제작에 사용되는 Nb3Sn 도관 도체(CICC)의 20%를 국내 기업이 생산한다.

○ 국내에 4세대 방사광가속기의 건설도 시작되어 2014년에 완공되면 미국, 일본에 이어 세 번째로 ‘꿈의 빛’을 기초 및 응용연구에 사용할 수 있을 것이다. Nb3Sn 선재의 특성연구는 KSTAR를 운용하는 국가핵융합연구소에서 활발하다. 기술적 우위를 가진 초전도선재의 제조기술을 중점적으로 지원하는 것은 장차 실용화될 고온초전도선재 기술개발에도 도움이 될 것이다.

저자: Satoshi Awaji
자료유형: 학술정보