KAIST 최원호 교수팀, 플라즈마 제트 기초기술 개발…의료·농업 활용 기대

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기체 제트의 이온화를 통한 액체 표면의 안정화를 모사한 삽화(제공:KAIST)© 뉴스1
 

KAIST(대전 유성구) 원자력 및 양자공학과 최원호교수 연구팀이 플라즈마가 기체와 액체 경계면의 안정성을 증가시키는 원리를 규명했다.


이는 플라즈마 의료, 생명, 농업, 식품, 화학 등 여러 분야의 기초가 되는 기술로써 많은 응용이 기대된다.


2일 KAIST에 따르면 연구팀은 기체제트를 강한 전기장으로 이온화해 만든 플라즈마의 특성을 이용하면 기체와 액체 사이 경계면의 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 실험과 이론으로 밝혀냈다.


일반적으로, 번개구름인 뇌운(雷雲) 속의 빗방울처럼 강한 전기장 환경에 놓인 액체에서는 표면의 불안정성이 증가한다.


불안정화의 대표적인 예로 전기방사(electrospinning)에서 전기유체역학적 불안정성(electrohydrodynamic instability)의 결과로 나타나는 테일러 원뿔(Taylor cone) 현상이 있다.


최 교수 연구팀이 이번 실험에 활용한 플라즈마 제트에서는 `플라즈마 총알(plasma bullet)'로 불리는 고속의 이온화 파동과 전기바람(electric wind)이 발생하는데, 연구팀은 이들의 특성을 이용해 물 표면의 불안정성을 줄일 수 있었다.


기체제트 내에 플라즈마를 발생시키면 생성되는 1초당 수십m 속력의 전기바람으로 인해 물 표면에 가해지는 힘이 증가해서 물 표면이 더 깊이 파이게 된다. 이에 따라 물 표면이 불안정해져야 하는 조건임에도 불구하고 안정적으로 유지되는 것을 연구팀은 실험적으로 확인했다.


연구팀은 물의 표면을 따라 1초당 수십㎞ 속력으로 이동하는 플라즈마 총알이 물 표면에 나란히 같은 방향으로 일으키는 강한 전기장으로 인해 물 표면이 안정적으로 유지됨을 규명했다.


연구팀이 활용한 플라즈마 제트는 최근 여러 학제간 연구분야에 다양한 목적으로 활용되고 있다.


최원호 교수는 "이번 연구의 결과는 플라즈마에 대한 과학적 이해를 높이는 동시에 경제적이고 산업적 활용이 가능한 플라즈마 유체제어분야 연구를 확대할 것ˮ이라고 말했다.



km5030@news1.kr

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