KAIST, '전기 바람' 발생 원리 규명

연구팀 "플라즈마 응용기술 발전 기여할 것"

약전리 대기압 제트 플라즈마© News1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 최원호 교수가 전북대 문세연 교수와의 공동 연구를 통해 ‘전기바람’이라 불리는 플라즈마 내 중성기체 흐름의 주요 원리를 규명했다고 19일 밝혔다.

두 개의 서로 다른 입자 무리로 구성된 유체역학 문제는 수세기 동안 뉴턴을 포함한 많은 과학자들의 관심을 지속적으로 받아 온 연구 주제다.

전자나 이온과 중성입자 간의 충돌로 인한 상호 작용은 지구나 금성의 대기에서도 일어나는 여러 자연현상의 기초 작용으로 널리 알려져 있다. 플라즈마에서의 전기바람은 이 상호작용을 통해 나온 결과의 대표적인 예다.

대기압 플라즈마 내에 전기장이 강하게 존재하는 공간에서 전자나 이온이 불균일하게 분포되면 전기바람이 발생한다.

전기바람의 주요 발생 원인은 현재까지도 명확하게 밝혀지지 않아 유체 제어와 관련한 여러 응용분야에 적용하는데 어려움이 있었다.

이에 연구팀은 대기압 플라즈마를 이용해 전기바람 발생의 전기 유체역학적 원리를 밝히는데 성공했다. 또 전기 유체역학적 힘에 의한 스트리머 전파와 공간전하 이동의 효과를 정성적으로 비교하는 데 성공했다.

연구팀이 스트리머 전파가 전기바람 발생에 큰 영향을 주지 못하고 오히려 스트리머 전파 이후 발생하는 공간 전하의 이동이 주요 원인임을 밝혀낸 것이다. 그러면서 특정 플라즈마에서는 음이온이 아닌 전자가 전기바람 발생의 핵심 요소임을 확인했다.

또 헬륨 플라즈마에서 최고 초속 4m 속력의 전기바람이 발생했는데 이는 일반적인 태풍 속력의 4분의 1 정도다. 이러한 결과를 통해 전기바람의 속력을 효율적으로 제어할 수 있는 기초 원리를 제공할 수 있을 것으로 보인다.

최 교수는 “이번 연구 결과는 대기압 플라즈마와 같이 약하게 이온화된 플라즈마에서 나타나는 전자나 이온과 중성입자 사이의 상호 작용을 학문적으로 이해하는데 유용한 기반이 될 것”이라며 “ 이를 통해 경제적이고 산업적 활용이 가능한 플라즈마 유체제어 분야를 확대하고 다양한 활용을 가속화하는데 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 국가핵융합연구소의 미래선도플라즈마-농식품융합기술개발사업과 산업통상자원부의 사업화연계기술개발사업(R&BD)의 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 지난달 25일자 온라인 판에 게재됐다.

최원호 교수(왼쪽), 박상후 박사© News1

memory444444@

[© 뉴스1코리아(news1.kr), 무단 전재 및 재배포 금지]