한국원자력연구원 채길병 박사, 플라즈마 내 미세먼지 운동원리 입증

"플라즈마 상태의 극한환경 연구 주제인 우주과학 분야에 도전"

▲극저온 플라즈마 발생장치 ⓒ한국원자력연구원

한국원자력연구원 원자력데이터센터 채길병 박사가 플라즈마 상태에서 더스트 입자를 생성시킨 후, 이들의 소용돌이 운동과 정렬 현상을 규명하는데 성공했다.

채 박사는 실험을 통해 비구형 더스트 입자들이 플라즈마 내부에서 발생하는 전기장과 이온의 흐름에 의해 소용돌이치는 현상과 이후 해당 입자들이 정전기적 상호작용을 통해 정렬 및 자전 운동하는 것을 발견해냈다.

이번 연구는 극저온 플라즈마 발생장치를 통해 비구형·프랙탈 모양의 얼음 더스트 입자를 생성하고 관찰함으로써 플라즈마 상태의 우주 대기와 유사한 환경에서 진행됐다.

플라즈마에 존재하는 더스트 입자는 대부분 비구형이나, 학계의 많은 이론들이 계산상의 편의를 위해 이를 구형으로 가정하고 있다.

이러한 차이는 실제 입자 운동 관찰 결과와 수리적 계산의 차이가 해소되지 않는 학계 난제의 원인으로 지목돼 왔다.

비구형 더스트 입자의 소용돌이 현상은 이제껏 학계에 보고된 바가 없으며 채길병 박사의 이번 연구를 통해 운동 현상과 원리가 최초로 규명됐다.

또 이론적으로 구형 더스트 입자에선 관찰이 불가능한 자전 운동에 대해 실제 비구형 입자를 토대로 관찰에 성공하여 플라즈마 내 미세먼지의 운동 원리를 실제에 가깝게 입증해낸 것으로 평가받는다.

채길병 박사는 “이번 연구는 학계에서 통용되던 구형 더스트 입자 가설의 오류를 증명하고, 비구형 입자 형태를 적용하는 것이 타당함을 입증한 것”이라며, “플라즈마 내 미세먼지의 운동 원리를 학문적으로 규명한 이번 성과를 바탕으로, 향후 플라즈마 공정 과정에서 발생하는 미세먼지를 제어하는 등의 기술적 성과 창출을 위한 융합 연구와 플라즈마 상태의 극한환경 연구 주제인 우주과학 분야에 도전할 계획”이라고 말했다.

이 연구 성과는 세계적 학술지인 네이처의 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 에 게재됐다.