| 초록 |
□ 연구개요 지구 중심부와 같이 수십 GPa 이상의 고압력 상태에 있는 물질은 상압 상태에서와는 전혀 다른 물성 (자성, 전도성, 상태방정식 등)을 나타낸다. 많은 행성의 내부 또는 표면 대기는 초임계 상태에 놓여 있는데 그러한 매질에서의 번개 현상과 같은 플라즈마 방전은 극한 상태에서의 전하 수송 및 물질 합성 측면에서 행성과학에서 매우 중요한 연구 주제이다. 본 연구진은 그동안 누구도 시도하지 않았던 초임계 유체에서의 준(準)정상상태 플라즈마 생성 및 물성 진단을 목표로 실험 환경을 성공적으로 구축하였다. 그것을 바탕으로 지금까지 발견되지 않았던 물성들을 (장시간 지속되는 클러스터의 형성, 클러스터로 인한 전자 거동의 변화 등) 관측하여 학계에 보고하였으며, 고압력 매질에서의 방전 과정에 대한 기초 원리를 규명하였다. 향후 이 분야에서 선도적인 연구를 수행할 수 있는 기반을 마련하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 초임계 유체 내에서의 정상상태 플라즈마를 생성하고 기초적인 진단을 성공적으로 수행하였다. 기술적인 한계 및 실험의 복잡성 등으로 인해 초기에 설정했던 에너지 전달 방식 및 챔버 설계 등이 변경되었으나 최종적으로는 매우 안정적인 초임계 유체에서의 플라즈마 방전 시스템을 완성하였다. 뿐만 아니라 본 연구진이 전문성을 갖추고 있는 대기압 플라즈마에 대한 연구를 정교화 하여 더 높은 압력에서의 방전 현상에 대한 이해를 넓힐 수 있는 기반을 마련하였다. 이러한 대기압 플라즈마에 대한 연구는 전 세계적으로 많이 이루어지고 있으나 본 연구진은 장기적인 목표인 초임계 유체 내에서의 플라즈마 방전에 대한 연구로의 확장을 염두에 두고 다양한 결과를 이끌어냈다. 초기 연구 목표 중 하나인 레이저를 이용한 wave-wave 비선형 상호 작용에 의한 고주파 생성 실험은 본 연구진이 새로이 발견한 초임계 유체 내에서의 클러스터에 대한 연구로 대체되었다. 본 연구진이 발견한 클러스터의 거동에 관한 연구는 지금까지 알려진 바가 없는 새로운 주제로서 향후 초임계 유체에서의 플라즈마 생성 및 소멸 과정에서 주요한 역할을 할 것으로 기대되어, 높은 우선순위를 두고 연구를 수행하였다. □ 연구개발결과의 중요성 대기압 플라즈마로부터 출발하여 이온화된 초임계 유체라는 완전히 새로운 분야에 대한 연구를 수행하기 위한 안정적인 실험 환경을 구축하였다. 대기압 이상의 압력에서 플라즈마가 갖는 다양한 물리적인 특성을 각종 실험 및 시뮬레이션을 통해 밝혀내고, 향후 초임계 유체에서의 방전 현상에 관한 연구를 선도해나갈 수 있는 기반을 마련하였다. 본 연구진이 실험적으로 관측한 초임계 유체 내에서 오랜 시간 유지되는 클러스터는 플라즈마의 생성 및 소멸 과정에서 주요한 역할을 할 것으로 예측된다. 클러스터가 포함된 초임계 유체 내에서의 플라즈마 생성에 관한 연구는 아직까지 많은 연구가 이루어지지 않은 미지의 영역이며, 본 연구진의 성과는 향후 해당 분야에서의 연구 동력을 제공할 것이다. 마지막으로 펄스 형태의 마이크로파를 이용하면 대기압 플라즈마 방전에서의 전력효율을 높일 수 있다는 것을 확인하였다. 대기압 플라즈마는 다양한 분야에 적용하기 쉽다는 장점을 갖고 있어 잠재력이 주목되며, 본 연구진의 연구 결과를 활용하면 비용 절감의 효과가 클 것으로 예측이 된다. (출처 : 연구결과 요약문 3p) |
