[해외기술동향] 러시아, 플라즈마 이용 "전자빔" 연구 활발

최근 러시아에서는 플라스마기술을 이용한 장치와 그 응용에 관한 연구가 활발하게 추진되고 있다. 러시아 국립전자공학연구소는 전자공학, 전자물리학 및 진공과 플라스마를 이용한 분야 등에서 플라스마 발생시 전리되어 일정한 규칙성을 갖는 미립자의 형성과 이동, 전자이온 플라스마 기술을 이용한 장치와 플라스마 초고주파 전자장치의 제작에 관한 이론 및 응용에 관한 연구 가 진행되고 있다. 연구의 초점은 전자광선의 산업 응용에 있으며 이러한 전자.이온광선의 응용 폭을 넓히기 위해서는 빔형성의 원리와 그 주변환경 특히 플라스마)과의 상호작용에 관한 원리가 밝혀져야 하며 지속적인 고출력 광속을 발생시키는 공학적 문제의 해결은 물론 이를 산업에 안정적으로 공급 시켜야 하기 때문이다. 현재 가공대상물에 미치는 열과 그 복사현상을 이용하는 전자빔 장치의 산업분야 응용은 정착되어 가고 있는 단계이며 이분야연구 개발의 진전에 따라 광선의 응용분야가 점차 넓어지고 있다. 이것은 플라스마 화학의 기술적 형성뿐만 아니라 와이드 밴드의 강력한 증폭기와 초고주파 발생기의 제작과도 관련되어 있다. 한편 출력이 증가되고 초고주파 플라스마 광선장치의 방사영역이 확대됨으로써 그 응용 가능성도 높아지고 있다. 여기에 제시된 연구분야는 다음과 같은 영역으로 나눌 수 있다. *전자빔 장치 여기에는 용해와 기화 열을 이용해 금속가공을 하기 위한 에너지 블록장치 대기나 주변으로 고압의 농축광속을 발생시키는 전자빔 설비, 안정된 상태에서의 전자가속기, 얇은 금속 조각으로 이루어진 간극을 통해대기중으로넓은 전자광선을 발생시키는 전자 가속기 또는 전자총이 포함된다.

*플라스마 광선의 효과적인 상호작용에 있어서의 전자 이온 플라스마 기술 인공다이아몬드 표면작업을 위한 전자광선에 의해 형성되는 개방 음극의 방전을 이용한 플라스마 화학반응기와 용해하기 어려운 금속이온을 포함한 이온이식기와 이온의 정류, 제거 및 도금을 위한 가스방전시스템 및 고출력 광역 광선 플라스마 증폭기와 초고주파 진동발생기, 금속탱크나 유체도관, 열교환기, 보일러 등의 앙금, 녹 침전 등을 제거하는 장치를 개발하는 것이목적이다. 플라스마 광선의 상호작용과 방전을 기초로 하는 전자빔 장치의 연구상황은 다음과 같다.

전자총, 압력안정 시스템 등이 기술적 장치의 기본적 요소가 되는 전자 광선 정류자는 관련된 사업체에서 제작되고 있으며 제품의 생산과 기존의 방법으로 제작된 기술과 비교해서 여러가지 장점이 있다는 것을 보여주는 실험이 진행되고 있다.

기술의 응용가능성은 열처리와 용접, 용해, 금속을 날카롭게 제련하는 기술, 그리고 재료표면의 성질 개량(열처리, 정련, 분말의 용해 합금제작, 코팅작업 일정한 가스매개체 속에서 광선 발생시 이온 플라스마 화학적 과정, 방사 재련에서 특히 찾을 수 있을 것이다. 전자빔의 장점은 유일한 압력안정 시스템을 갖는 얇은 전자가속기 구조를 통해 진공상태에서 대상을 정련하지 않고도 동일한 목적을 달성할 수 있다는 것이다. 이는 압력이 변화함으로써 10cm 간격에서 대기중 고밀도의 광선이 발생할 때 견고성이 떨어지는 것을방지한다. 분자구조로 인해 다양한 전자총이 가능하며 이온 에너지(1백50 KeV)와 빔의출력 20 까지 은 기술적 계산에 있어서 최적화되었고 동시에 주어진 전압의 비는 1MeV 이상의 에너지 가속기를 사용할 때 비용이 매우 저렴하다.

또한 전자빔 정류자의 파워 팩 응용은 다루고자 하는 대상에서 전자광선의 법칙에 따라 규칙적 파워를 갖는 진동상태 또는 부동의 상태에서 가능하다.

이전자빔은 안정성을 보장해 주며 설비의 파워 팩을 보호해 준다.

진공 용량범위 밖에서의 가공은 효과적이고 보다 정확한 선과 가속기의 결합 을 가능케 해준다. 또한 가속기 구조의 단순화로 인해 에너지 손실이 없는로봇 제작 시스템을 만들 수 있다. 전자총과 압력안정 시스템, 전자빔 정류 자는 실제 적용 가능한 기술적인 문제를 포함한 모든 실험을 마쳤다.

이같은 연구결과는 계수의 총합으로서 고주파 전자에서 유사체를 갖지 않는강력한 고주파 광역 광선 플라스마 가속기 제작에 관한 연구를 촉진시켰다.

플라스마의 고주파 기구의 좋은 성질은 용적특성을 갖는 광선플라스마의 상호작용 효과와 안정된 공간전하 보장, 광선의 추가분류를 실현하며 공간전하 를 교체해주고 힘의 특성을 바꾸는 가능성, 자장의 전압과 플라스마 밀도의 종단 변화도의 사용시 혼합된 지연적 구조의 사용 파를 갖고 지속적으로동시 에 발생하는 광선이 생김으로써 결정된다.

강력한 광역 초고주파 가속기 제작을 위해서는 물리적.기술적 문제의 일체적 해결이 필요하다. 플라스마의 지연적 구조의 좁은 확장 채널에서 전자광선의 형성과 이동시스템 연구, 적절한 범위 안에서 작용하는 가스의 안정된 전압 을 유지시켜 주는 분리기구의 가스 다이내믹적 시스템, 플라스마 전자다이 내믹적 시스템과 총의 전자 광학적 시스템과의 진공의 차이, 초고주파 힘의 발생 시스템 등이 이에 해당될 것이다. 광선 플라스마는 계열의 기기 연구를 통하여 전자.다이내믹적 구조의 채널에서 10⒀⒁cm-⒂까지 집약되고 전자온도가 15~20eV까지의 광선 플라스마가 생성된다는 것을 알 수 있다. 기구가 플라스마 상태일 때는 진공상태의 증폭과 비교해 2~4배 가량의 출력이 향상 된다. 연속된 상태에서 작동하는 효율이 35%이고 출력이 20㎻인 광선 플라스마 초고주파 기기는 진폭 진동수의 동일성에 있어서 효율 30% 이후에는 3㏏을 갖지 못한다.

이러한 기구제작은 기술적 목적을 위한 에너지 공학의 초고주파 응용의 새로운 활로를 열었다. 이것은 부분적으로 플라스마 화학과 열핵반응기의 플라스마 가열과도 관련이 있다. 고출력 광역 초고주파 기구가 개발되면 원격통신 의 효율성을 높이는 데 기여하게 될지도 모른다.

【모스크바=최미경 통신원】