• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.190.2-190.2
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• 2016

메탄은 변환을 통해 아세틸렌 및 수소와 같은 에너지 생산에 보다 유용한 기체를 얻을 수 있다. 메탄의 열분해 온도는 약 1,200 K로 알려져 있으며, 그 이상의 고온 환경 및 첨가물을 제공한 경우 효과적인 변환을 기대할 수 있다. 이러한 고온 환경 및 화학반응을 제공할 수 있는 시스템으로 열플라즈마 반응로가 있다. 일반적인 열플라즈마는 아크 방전이나 고주파 유도결합 방전으로 플라즈마 발생기에서 발생시킨 이온화된 열유체로 10,000 K 이상의 초고온과 최대 수천 m/s의 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 효율적인 메탄 변환을 위한 저전력 아크 플라즈마 발생기 및 반응로 내부의 온도 및 속도장을 전산모사하여 열유동 특성을 분석하였다. 아크 플라즈마 토치 영역의 전산해석은 전자기적 현상과 고온 열유동의 유체역학적 현상이 함께 작용하므로 기존에 사용되고 있는 전산유체 역학적인 방법론에 전자기적 현상에 대한 보존 방정식이 결합된 자기유체역학(Magnetohydrodynamic, MHD)방법을 이용하였고, 반응기 내부의 복잡한 열유동은 안정적인 계산이 가능한 상용 전산 유체역학(Computational Fluids Dynamics, CFD) 코드를 MHD 코드를 이용한 전산해석 결과 및 고온 물성치와 결합하여 해석하였다. 전산해석에 사용된 운전 변수로는 방전기체인 아르곤과 수소의 전체 유량을 45 L/min 으로 고정하고 수소의 비율을 0%, 6%, 12.5%, 20%로 하였으며, 각 유량 조건에서 입력 전력을 0.7 ~ 2.5 KW로 변화시켜 전체 15종의 운전조건에 따른 전산해석을 수행하여 각각의 운전변수에 따라 입력전력 기준 오차 1 ~ 28%에 해당하는 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 개발된 전산해석 방법을 이용하여 다양한 조건에서 아크 플라즈마 반응로 내부의 온도 및 속도장에 대한 전산해석 결과를 제시하였고, 효율적인 메탄 변환 공정을 개발하기 위한 아크 플라즈마 반응로의 설계조건 및 운전 조건을 제시할 수 있는 기반을 확보하였다.

• 한국광학회지
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• 제17권1호
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• pp.60-67
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• 2006

본 논문에서는 I자형과 U자형의 변압기를 각각 사용한 펄스형 고전압 전원에 의해 대기압에서 동작되는 파장 337.1 nm인 질소레이 저의 방전간극과 레이저 관에 각각 광섬유를 설치하고, 이를 통해 나오는 빛을 핀 다이오드를 이용하여 선전리 현상을 직접 관측하고 출력특성을 조사하였다. 레이저 출력이 안정되고 높아질수록 선전리 현상을 뚜렷이 관측할 수 있었고, 레이저 출력은 I자형 변압기보다는 U자형의 변압기를 사용하였을 때 높은 출력과 안정성을 얻었으며, 또한 펄스 방전의 예비동작 시간도 U자형이 1/3 정도 짧았다. U자형의 변압기를 사용하고 출력창의 반사율 $40\%$, 반복율 10 Hz, 레이저 관내에서 질소기체의 유동률이 4 ${\iota}$/min, 방전간극 내에서 질소기체의 유동율이 1500 cc/min, 방전간극 전극 거리 3.0 mm, 레이저 관 내 전극거리 5.0 mm 일 때, 안정성이 $2.7\%$인 $36{\mu}J$의 출력을 얻었다.

• 한국진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.481-486
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• 2008

나트륨(Na) 함유량이 다른 세 종류의 유리관인 Borosilicate($Na_2O$ 4%), Soda-Lime($Na_2O$ 14%), 그리고 Aluminosilicate($Na_2O$ 0.06%) 유리관의 방전 실험을 통하여 유리관 내벽의 흑화를 관측하였다. 수은 혼합기체(Ne+Ar+Hg)의 방전에서 나트륨 함유량이 많은 유리관일수록 흑화가 심하게 나타난다. 무수은 가스(Ne+Ar)의 방전에서는 흑화가 나타나지 않는다. 나트륨 함유량이 많은 수은 방전 램프에서 봉입 기체의 압력이 작을수록 흑화의 정도가 커진다. 흑화 방지재를 도포한 유리관은 흑화가 미약하게 나타난다. 이 실험을 통하여 흑화는 유리재의 나트륨 성분과 수은 이온의 결합에 의한 아말감($NaHg_2$)이 유리관 내벽에 형성된 것으로 분석된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.192.2-192.2
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• 2016

전기추력기는 화학식 추력기에 비해 비추력이 높아 인공위성의 자세제어, 궤도수정, 궤도천이를 포함한 행성 탐사활동 및 우주 임무수행을 위한 우주선의 엔진 등으로 다양하게 활용된다. 홀 추력기는 전기추력기 중 하나로 고리형 방전공간을 가진 고리형 추력기와 원통형 방전영역을 가진 원통형 추력기가 있으며, 원통형 추력기는 고리형에 비하여 넓은 방전공간으로 저전력 방전에 적합한 추력기이다. 또한, 저전력 추력기는 큐브셋(cubesat) 및 마이크로 위성(microsatellite)의 증가하는 수요에 따라 필요성이 증가하고 있으며, 활용도가 높아 다양하게 연구 및 개발되고 있다. 홀 추력기는 자기장과 전기장을 서로 수직되게 인가하여, 자화된 전자는 플라즈마 방전을 유지시키고 자화되지 않은 이온은 전기장 방향으로 가속되어 이온빔을 발생시킨다. 하지만, 저전력 소형 추력기는 작은 소모전력과 방전채널로 인한 성능 저하 및 자기장 구조 설계 등 많은 어려움들을 가지고 있다. 본 연구에서는, 약 50 W급의 소모전력을 바탕으로 영구자석을 이용한 저전력 플라즈마 추력기를 개발하였다. 방전 채널은 지름 15 mm, 길이 16 mm, 무게는 약 0.6 kg으로 원통형 구조의 채널로 제작되었으며, 약 1500-2000 G의 자기장 세기를 갖도록 설계하였다. 방전 기체는 제논을 사용하여 1-5 sccm영역에서 방전 특성을 살펴보았으며, 방전 전류는 0.02-0.4 A로 나타났다. 100-550 V영역에서 방전을 시도하였고, 채널길이를 16-24 mm 에서 약 1mN 급의 추력특성을 보였다. 본 발표에서, 홀 추력기의 제작 특성과 성능 및 플라즈마 특성에 대한 더 자세한 연구결과가 발표될 예정이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.699-706
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• 2018

플라즈마 고분자의 영구기체(He, $H_2$, $O_2$, $N_2$, $CH_4$) 및 응축성 증기($CO_2$, $C_2H_4$, $C_3H_8$)에 대한 투과 특성을 조사하였다. 플라즈마 고분자는 마이크로파 방전과 라디오파 방전을 이용하여 제조하였으며 플라즈마 중합의 단량체(monomer)로는 hexamethyldisiloxane(HMDS)을 사용하였다. 마이크로파를 이용하여 제조한 HMDS 플라즈마 고분자막의 투과도계수는 투과 기체의 분자지름에 의존하는 경향을 나타내었으며 라디오파를 이용하여 제조한 플라즈마 고분자막보다 높은 산소/질소 투과선택도를 나타내었다. 반면에 라디오파를 이용하여 제조한 HMDS 플라즈마 고분자막의 투과도계수는 투과기체의 임계온도에 의존하는 경향을 나타내었으며 질소에 대한 에틸렌 및 프로판의 투과선택도가 우수한 특성을 나타내었다. 마이크로파로 중합시킨 고분자막은 가교결합도가 높기 때문에 기체의 투과도계수가 주로 확산계수(또는 분자지름)에 의존하게 된다. 그러나 라디오파의 에너지 밀도는 마이크로파의 에너지 밀도보다 낮기 때문에 라디오파로 중합시킨 플라즈마 고분자막의 구조는 마이크로파로 중합시킨 고분자 막에 비하여 가교결합도가 떨어지게 되며 이 막을 통한 투과도계수는 분자크기 보다는 기체의 임계온도에 의존하는 경향을 나타내었다. 따라서 라디오파를 이용하여 중합시킨 HMDS 플라즈마 고분자막은 영구기체 보다는 공기 중의 유기물질을 제거하는데 보다 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.233-233
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• 1999

본 연구에서는 2성분계 gas(Ne+Xe)를 사용하여 기체압력(p), 진동수(f)에 따라 VUV(Vacuum Ultra Violet) spectrum 147, 173nm 파장과 IR(Infrared) spectrum 823nm, 828nm을 Vacuum Monochromator(Acton-VM 507)를 통해 측정하였다. 휘도(Luminance)와 전력(Power)측면에서 Ne+ Xe 최적의 가스 조성비를 찾기 위해서 Xe의 혼합비에 따른 IR영역인 823nm, 828nm을 측정결과, Xe 4%일 때 좋은 효율을 나타냈다. 기체압력이 200Torr에서는 Xe(3P1)에 기인하는 147nm가 주요한 파장이며, 기체압력이 400Torr, 600Torr일때는 Xe(3P2)에 기인하는 173nm 파장이 주요함을 알 수 있었다. 또한 공간 방전 이미지를 전압 pulse 인가후 ICCD Camera(V-Tek)의 Ready time, On Time을 조절하면서 50ns delay로 관측하였다. 향후 실험계획은 실제 상용화되고 있는 혼합가스 He+Ne+Xe의 조성비에 따른 자세한 실험을 할 것이다.

• 분석과학
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• 제7권2호
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• pp.155-164
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• 1994

전형적인 Grimm형 방전관을 제작하고 고주파 방전에 의한 금속 및 세라믹시료 분석에 적용하였다. 금속 알루미늄과 알루미나에 대해 방출 스펙트럼을 관찰하였고 방전에 미치는 고주파의 전력과 알곤 기체의 압력에 대한 영향을 관찰하였으며, 시료와 접촉된 전극에 나타나는 DC-bias voltage를 확인하였다. 또한 SEM 사진을 관찰함으로써 rf-sputtering에 의한 알루미나 표면의 미세구조를 확인하였다. 저합금강(BAS 404-405) 중의 망간성분과 황동시료(NIST 1108-1117) 중의 아연성분에 대해 검량곡선을 작성한 결과 양호한 직선성을 보여 주었다.

• 한국광학회지
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• 제3권3호
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• pp.178-182
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• 1992

내경 1.6cm, 길이 50cm의 알루미나 세라믹 방전관을 사용하여 방전전극간의 거리가 45cm인 공쟁식 방전가열형 구리증기레이저를 제작하였다. 방전가열 및 여기를 위한 6kV, 500mA 정격의 직류 고전압 전원장치, 1.8H의 중전 인덕터와 5nF의 에너지저장 캐패시터를 포함하는 resonant charging 방식의 고전압 충전회로와 1-7kHz 범위의 펄스반복률로 동작하는 thyratron 구동회로가 각각 설계 제작되었다. 개발된 레이저장치는 방전관의 온도 $1350^{\circ}C$ 부근에서 발진을 시작하였고, 충전전압 12kV, 펄스반복률 4.5kHz, 네온완충기체압력 50mbar, 동작온도 $1460^{\circ}C$일 때 0.7W의 최대평균 출력을 얻었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.301-302
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• 2008

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1986년도 하계학술대회논문집
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• pp.445-448
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• 1986