'물질 4번째 상태' 플라스마 내 전자 가열 원리 규명

'물질 4번째 상태' 플라스마 내 전자 가열 원리 규명
KAIST 연구팀 "플라스마 더 자유롭게 활용하는 실마리"



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 원자력 및 양자공학과 최원호 교수 연구팀이 약하게 이온화한 플라스마(weakly ionized plasma)에서 전자가 가열되는 구조와 제어 원리를 규명했다고 26일 밝혔다.
일반적으로 물질은 자연에서 고체·액체·기체의 3가지 상태로 존재한다.
플라스마는 기체에 에너지를 더 가하면 나타나는 모습이다. 물질의 '4번째 상태'라고 일컫는다.
플라스마 상태에서 전자는 이온 핵과는 별개로 자유롭게 존재한다.
일반적으로 플라스마 내의 다양한 화학·물리적 반응은 전자로부터 시작한다.
전자 밀도와 온도 시공간적 변화가 중요한 정보라는 뜻이다.
가속기 물리학 분야에서 자유 전자 가열 여부는 지속해서 탐구되는 주제이기도 하다.


연구팀은 전자·중성입자 제동복사(electron-neutral bremsstrahlung)라는 기술을 이용해 성과를 얻었다.
플라스마 내 자유 전자의 밀도와 온도를 정확히 진단하고 이를 2차원으로 영상화하는 기술을 개발했다.
대기압 플라스마에서 수 나노초(10억분의 1초) 단위로 자유 전자 온도(에너지)를 측정하는 데 성공했다고 연구팀은 설명했다.
전자가 에너지를 얻는 가열 과정의 시공간적 분포와 근본 원리를 밝힌 셈이다.
0.25∼1기압 압력구간에서 전자 온도 시공간적 분포 변화를 실험적으로 확인한 건 이번이 처음이라고 KAIST 측은 전했다.


최원호 교수는 "자유 전자와 중성입자 충돌이 충돌하는 플라스마에서의 전자 가열 원리를 학문적으로 이해하는 데 유용할 것"이라며 "대기압 플라스마 발생원을 다양하게 활용하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.
연구는 국가핵융합연구소 미래선도플라즈마·농식품융합기술개발사업 지원을 받아 수행했다.
박상후 연구교수가 1 저자로 참여한 연구 논문들은 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 5월 14일 자와 7월 5일 자 온라인판에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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