KAIST 전기바람, 플라즈마 내 중성기체 원리 규명

최원호-문세연 전북대 교수 공동연구
전기바랆 속력 효율적 제어 기초 원리 제공

대기압 제트 플라즈마 촬영 이미지. 오른쪽은 헬륨기체 흐름이 플라즈마 유무에 따라 크게 변화하는 것을 볼 수 있다.

최원호 교수, 박상후 박사

KAIST(총장 신성철) 물리학과 최원호 교수가 전북대 문세연 교수와 공동연구를 통해 전기바람(Electric wind)이라 불리는 플라즈마 내 중성기체 흐름의 주요 원리를 규명했다.

플라즈마 내 존재하는 전자나 이온과 중성입자 사이의 상호작용에 대한 기초 연구로 플라즈마 응용기술의 발전에 기여 할 것으로 기대된다.

전기바람은 전하를 띈 전자나 이온이 가속 후 중성기체 입자와 충돌해 발생하는 중성기체의 흐름을 말한다. 선풍기 날개와 같이 기계적인 움직임 없이 공기의 움직임을 일으킬 수 있는 방법으로 기존의 팬을 대체할 수 있는 차세대 기술이다.

최근에는 이와 같은 플라즈마 기술을 적용해 트럭 및 선박에서 발생하는 공기저항을 감소시켜 연료효율의 증가와 미세먼지 발생 감소, 풍력발전기 날개 표면의 유체 분리의 완화, 도로 터널 내 공기저항 및 미세먼지 축적 감소, 초고층 건물의 풍진동 감소와 같은 응용기술 개발이 여러 나라에서 활발히 시도되고 있다.

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

이번 연구는 하전입자와의 상호작용으로 인해 중성기체 흐름이 발생하는 원리를 실험을 통해 설명했고, 정확한 분석법과 설득력을 갖췄다는 평이다.

최원호 교수는 “이번 결과는 대기압 플라즈마와 같이 약하게 이온화된 플라즈마에서 나타나는 전자나 이온과 중성입자 사이의 상호작용을 학문적으로 이해하는데 유용한 기반이 될 것”이라고 말했다.
이해미 기자