한국원자력연구원 양성자과학연구단

한국원자력연구원 양성자과학연구단이 '절연형 모터제너레이터'(MG-SET)를 독자 개발했다고 17일 밝혔다.이찬영 책임연구원, 여순목 책임연구원, 석재권 선임연구원, 정명환 책임연구원, 양인목 선임기술원, 전혜란 선임연구기술원, 하준목 선임연구원. (왼쪽부터) /사진=한국원자력연구원

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반도체·첨단소재 공정의 필수 장비인 '절연형 이온주입장치'를 외국산 대비 70% 낮은 단가로 국내 제작할 길이 열렸다.

17일 한국원자력연구원은 양성자과학연구단이 '절연형 모터제너레이터'(MG-SET)를 독자 개발했다고 밝혔다.

이온주입 기술은 반도체, 첨단 소재 등의 공정에서 사용하는 기술이다. 수만에서 수십만 볼트(V) 수준의 높은 전압으로 이온을 가속해 소재 내부로 주입한다. 이를 통해 소재의 전기적 특성이나 표면 성질을 원하는 대로 조절한다.

이온주입장치는 고전압 상태에서 작동하기 때문에 수백 볼트 수준의 일반적인 외부 전원과 직접 연결할 수 없다. 전압 차이가 크면 전기가 갑자기 흐르거나 튀면서 장치가 손상되거나 안전 문제가 발생할 수 있다.

이를 해결하는 게 모터제너레이터 장치다. 외부 전기로 모터를 먼저 돌리고, 그 회전력을 발전기로 전달해 장치에 필요한 특정 전압의 전기를 다시 만들어 공급하는 장치다. 모터제너레이터를 쓰면 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

연구팀이 개발한 절연형 모터제너레이터의 모습과 구조 /사진=한국원자력연구원

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원자력연 연구팀은 절연형 모터제너레이터를 독자 개발했다. 모터와 발전기 사이에 전기는 통하지 않지만 회전 동력은 전달할 수 있는 '절연축'을 적용하면서도, 가볍고 절연 성능이 우수한 나일론 소재를 사용해 생산 단가를 낮췄다.

연구팀은 또 전압이 특정 부분에 몰리지 않도록 전기장 분포를 고려해 장치 외부 구조를 설계했다. 전기장은 모서리가 뾰족할수록 한곳에 집중되는 특성이 있다. 이를 해결하기 위해 장치 외부 구조의 모든 부분을 반지름 5㎝ 이상의 곡면 형태로 만들어 전압을 분산시키고 '코로나 방전'을 억제하도록 했다. 코로나 방전은 전압이 특정 구조물에 집중돼 공기 중으로 전기가 새어 나오는 현상이다.

그간 절연형 모터제너레이터는 국내에 생산 업체가 없어 대부분 해외 제품에 의존해 왔다. 원자력연은 "이번 성과로 절연형 모터제너레이터 제작 비용을 해외 제품 대비 약 70% 절감하고, 납기를 10개월에서 3개월 이내로 단축할 수 있다"며 "장비 사양에 따른 맞춤형 설계와 국내 자체 유지보수가 가능해져 기술의 해외 의존도를 크게 낮출 것"이라고 했다.

이재상 양성자과학연구단장은 "날로 높아지는 외산 장비의 원가와 납기 부담 속에서 이번 국산화는 기술 자립의 의미 있는 첫걸음이 될 것"이라고 했다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr

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