원자력연구원은 5배 힘이 좋은 고에너지 레이저 발생 장치를 개발, 레이저 관련 분야의 세계적 기술력을 재확인했다.

국내 연구진이 미국, 유럽, 일본 등 레이저 분야 선진국을 제치고 기존 장치보다 5배 힘이 좋은 고에너지 레이저 발생 장치를 개발, 레이저 관련 분야의 세계적 기술력을 재확인했다.

한국원자력연구원 양자광학연구부 임창환 박사 팀은 ㈜피큐브(대표이사 양택진)와 공동으로 지난 2009년부터 3년간의 연구개발 끝에 10 J(주울)급 고에너지 고체 레이저 발생 장치를 개발했다.

기존 고에너지 레이저 발생 장치의 경우 레이저와 함께 발생하는 높은 열에 견딜 수 있는 레이저 매질을 만들지 못해 펄스당 에너지량이 1~2 J에 불과했고, 반복적으로 사용할 수 없어 상용화에 문제가 있었다.

공동 연구팀은 10 ㎱(나노초=10억분의 1초) 사이에 10 ㎐(1초당 10번)의 반복률로 10 J의 에너지를 반복적으로 발생시킴으로써 산업적으로 활용 가능한 고에너지 레이저 발생 장치 개발에 성공했다.

한국원자력연구원 양자광학연구부 임창환 박사.

개발된 고에너지 레이저 발생 장치는 스테인레스를 변형하고 찢을 수 있는 1㎬의 압력을 발생시킴으로써 레이저를 단조, 실리콘 재결정화 등으로 활용범위를 넓혔다는 평가를 받고 있다.

레이저 단조는 레이저 충격파를 이용해서 금속 표면의 기계적 성질을 개선하는 방법으로, 망치나 금속 구슬 등으로 충격을 가하는 기존 기계식 단조 보다 재료의 인성을 5배 향상시킬 수 있고, 잔류응력(재료 내부의 밀고 당기는 힘)을 고르게 할 수 있으며 원격으로 정교한 작업을 할 수 있다. 개발된 장치는 터빈 블레이드와 같이 높은 인성을 요하는 항공기 부품 제작이나, 원자로 노심-배관 용접과 같이 균일한 잔류응력을 필요로 하는 분야에 활용될 예정이다.

실리콘 재결정화(anealing)는 원자 배열이 불규칙적인 비정질 실리콘에 레이저를 조사, 배열이 규칙적인 단결정으로 만듬으로써 전자 이동로를 넓혀 반도체의 소모 전력을 줄이고 반응 속도를 높이는 방법으로, 고에너지 레이저 장치를 재결정화에 사용할 경우 고가의 소모품이 필요한 기존 방식에 비해 생산 비용을 약 10분의 1로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 이번에 개발된 기술을 바탕으로 20J 이상의 초고에너지 레이저 발생 장치 및 1㎰(피코초=1조분의 1초)급 레이저 개발에 착수할 계획이다. 향후 레이저가 미래 에너지원으로 부상하고 있는 핵융합 관련 기초 기술 연구와 산업 분야 신기술 연구에 기여할 것으로 보인다.

임창환 한국원자력연구원 양자광학연구부 책임연구원은 “고에너지 레이저 발생 장치를 플라즈마 연구 및 핵융합 분야에 접목해서 활용할 것”이라고 말했으며, 양택진 ㈜피큐브 대표이사는 “이번 장치 개발을 계기로 국내 레이저 기술의 경쟁력 향상과 관련 산업 발전에 기여 하겠다”고 밝혔다.