• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.495-495
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• 2013

액체 내에 적용 가능한 바이오 플라즈마 소스를 제작하기 위해 텅스텐과 주사 바늘, 카테터 등의 여러 재료를 사용하여 시도를 해보았고 액체에서 방전이 일어날 수 있는 구조를 연구하였다. 전극 위에 절연체를 씌우고 그 위에 전극을 고정시켜 전압을 인가하여 전극 간에 표면방전을 통해서 플라즈마를 생성하는 방식을 사용하였다. 실험 장비는 AC 전압을 사용하였으며(12 kV, 22 kHz) 방전 전압과 방전 전류를 고전압 프로브(Tektronix P6015A)와 전류 프로브(P6021)를 사용하여 측정하였다. 모노크로미터를 이용하여 바이오 플라즈마 소스가 액체 속(수돗물, 증류수, 생리식염수)에서 방전 될 때 에미션 스펙트럼을 분석하여 산화질소(nitric oxide; NO), 과산화수소(hydrogen peroxide; H2O2), hydroxyl radical이 발생함을 확인하였다. 인체 내에서는 온도가 중요한 요소이기 때문에 액체에서 방전할 때 $40^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 이용이 가능하도록 연구하였다. 특히, 우리는 여러 종류의 액체(수돗물, 증류수, 생리식염수)에서의 방전 특성의 광학적 전기적 연구를 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.134-134
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• 2015

최근 액체 플라즈마에 대한 주된 이슈는 방전에 의해 발생하는 히드록실라디칼(OH-)과 버블이다. 액체 플라즈마를 이용한 다양한 응용분야에서는 히드록실라디칼에 주목하고 있다. 액체 플라즈마는 그래핀 파생물의 용액 친화도 향상을 위해 이용될 수 있다. 흑연이 포함된 과산화수소(H2O2) 용액에서 전기적인 방전으로 만들어진 히드록실라디칼로 그래핀 파생물의 용액 친화도를 향상시킨다. 이는 잠재적인 프린팅(printing) 기술 발전에 기대된다. 그리고 이 라디칼은 폐수에서 발암성의 트라이클로로아세트산(CCl3COOH)을 탈 염소하고 분해하는 역할을 하여 액체 플라즈마가 새로운 수처리 기술로 부상되고 있다. 또한 인체에서는 살균 작용을 하는 것 뿐만 아니라 단백질 고리를 끊는 역할을 하여 전립선 수술과 같은 인체수술에 적용될 수 있다. 최근 액체 플라즈마를 이용한 돼지 각막 임상수술에서 레이저와 필적할 정도로 매우 정밀하게 수술된 연구결과가 발표되어 인체 각막수술 적용에 기대된다. 이처럼 액체 플라즈마를 이용한 대부분의 응용분야에서 히드록실라디칼의 역할이 중요하다. 액체 플라즈마의 또 다른 이슈인 버블은 2가지의 역할을 한다. 첫 번째로 방전소스의 역할이다. 액체 속에 담긴 얇은 전극에 전압을 인가하면 전극 주변에서 강한 전기장의 발생으로 줄열(joule heating)에 의해 버블이 생성된다. 전극에서 버블이 생성되었을 때, 서로 다른 유전율을 가진 두 물질로 나누어진다. (버블 안은 공기로 상대 유전율 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=1$, 용액은 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=80$이다.) 시스템에 인가된 전압이 항복 전압(breakdown voltage)을 넘어서면 유전율이 상대적으로 낮은 버블내부에 강한 전기장이 걸리게 되어 방전이 일어난다. 만약 버블이 존재하지 않는다면 방전을 위해서 매우 높은 전압이 필요하다. 따라서 버블은 플라즈마 방전의 소스역할을 한다. 두번째로 버블은 전극의 부식을 방지하는 역할을 한다. 전극 부식은 주로 전기분해로 인한 산화반응에 의해 발생하는데 버블을 전극에 오래 머무르게 하면 부식을 방지할 수 있다. 이처럼 액체 플라즈마 시스템에서 버블의 역할들은 상당히 중요하다. 일반적으로 버블은 시스템에 인가하는 전원, 전극 극성 그리고 전압크기에 따라 거동이 달라진다. 시스템에 AC파워를 인가하면 버블은 주파수가 높을수록 전극에서 떨어지는 속도가 빨라지는 특성을 보인다. 핀 전극 극성이 음극일 때는 양극일 때보다 버블이 더 잘 생성된다. 또한 인가전압크기에 따라 거동이 달라지며 시스템에 같은 전압을 인가하여도 크기가 항상 같지 않고, 거동도 일관성을 보이지 않은 랜덤적인 모습을 보인다. 본 연구에서는 이 랜덤적인 버블의 거동을 정리하고 응용분야에서 중요하게 여기는 히드록실라디칼 생성에 대해 공부하기 위해 염류 용액(saline solution)에 핀(pin)-면(plane) 전극 구조를 설치하여 10Hz 주파수(1% duty cycle)를 가진 0-600V 구형펄스로 실험하였다. 실험을 통한 결과로서 랜덤적인 버블의 거동을 전극에서 버블이 떨어지는 속도와 플라즈마 특성에 따라 슈팅모드(shooting mode)와 유지모드(keeping mode) 2가지 모드로 분류하였다. 슈팅모드에서는 버블이 핀 전극에서 성장하지 못하고 빠른 속도로 떨어지는 모드로 플라즈마 방전이 잘 이루어지지 않는다. 반면 유지모드에서는 버블이 핀 전극에서 떨어지지 않고 지속적으로 성장한다. 이 모드에서는 펄스 시간 동안 하나의 버블로 연속적인 방전이 가능하다. 방전이 일어날 때 발생하는 히드록실라디칼의 생성은 버블 내부의 쉬스와 관련이 있다. 이 라디칼을 만들기 위해서는 높은 에너지가 요구되기 때문에 버블 내부의 쉬스(sheath)에서 만들어진다. 펄스 동안 쉬스는 주로 핀 전극 주변에서 유지되며 히드록실라디칼은 이곳에서 주로 만들어진다. 따라서 버블과 함께 쉬스도 성장하는 버블유지모드에서 슈팅모드보다 히드록실라디칼이 더 많이 생성된다.

• 전기의세계
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• 제25권6호
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• pp.49-54
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• 1976

전기공학에서 방전현상 즉 절연파괴문제는 복잡하고 미해결의 문제가 아직도 않아 극히 증요한 Thema로 되여있다. 더구나 이 plasma, laser등의 방전응용분야의 발전과 더불어 방전현상은 항상 흥미있는 문제들을 제공하여 주고 있으나 관계하는 인자가 너무나도 많고 순수한 형태로 현상을 파악하는 것이 곤란하여 마치 수렁에 발을 넣는것과 같다고까지 말하여 왔다. 그러나 전자, X선의 발견등 근대물리학발전의 단서를 이룬것은 방전이라고 하여도 과언은 아니다. 또 현재 세계의 많은 학자가 다투어 연구하고 있는 핵융합 plasma의 연구에 대해서도 그 원류는 방전이라 할 수 있다. 이와 같이 방전의 연구에 시작하여 빛나는 많은 성과를 올렸으며 더욱이 최근 방전현상에 관한 연구가 발전함에 따라 많은 변화를 가져왔다. 즉 plasma의 이론 및 실험의 전개, gas절연, 고분자고체절연, 극저온액체절연 등의 신절연기술의 발달, 500-1,000KV의 초고전압절연이나 직류고전압절연등의 기술개발, laser, 기타 방전가공등 방전응용기술의 발달은 괄목하다 하겠다. 여기에 수반하여 방전현상에 관한 이론이나 실험 Data도 여러 면에서 크게 일신되였지만 아직도 개발되지 못한 미해결의 문제가 너무나도 많으며 그 중에서도 특히 고체, 액체절연물에 있어서는 더욱 그러하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.549-549
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• 2013

고전압 펄스 플라즈마를 액체 속에서 발생시켜 수소 스펙트럼의 광학적 특성을 연구하였다. 고전압 펄스 발생 장치인 막스 제네레이터는 용량이 $0.5{\mu}F$인 축전기 5개로 이루어져 있다. 각각의 축전기는 전원 장치를 이용하여 저항을 통해 병렬로 충전되며, 방전 시에는 불꽃 방전 스위치에 의해 동시에 직렬로 연결되어 고전압을 발생시킨다. 따라서, 출력 전압과 전류는 40kV, 3 kA이며 총 에너지는 약 125 J이다. 직육면체 모양의 폴리카보네이트 용기 내부의 양쪽면에는 탐침 모양의 전극이 구성되어 있으며 전극 사이에서 고전압을 가진 플라즈마가 형성된다. 실험에서 액체로는 증류수를 사용하였다. 액체 방전 시 발생하는 수소 스펙트럼을 관측하기 위해 초점거리 30 cm의 monochromator를 이용하였고, 수소 알파선의 656.3 nm와 수소 베타선의 434.1 nm를 관측하였다. 전자 밀도의 측정법으로는 Stark broadening법을 이용하여 측정하였으며, 전자 온도는 Stark profile의 상대적인 전자 밀도의 비를 이용하여 계산하였다. 전자밀도는 실험조건에서 약 $3{\times}10^{15}cm^{-3}$, 전자온도는 약 2.5 eV가 측정되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권1호
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• pp.40-46
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• 2007

펄스 코로나 방전에 의한 페놀 수용액 처리 특성에 관해 실험실 규모 실험을 수행하였으며 페놀 전환에 미치는 인가전압, 유입 산소, 전극 구조의 영향을 관찰하였다. 액체상 내에서 일어나는 방전은 전류 흐름으로부터 용액으로의 열전달에 의해 용액의 온도를 상승시키고 페놀을 분해하여 각종 유기산을 생성시킴으로써 pH를 감소시키며, 하전입자의 생성과 유기산 생성으로 인해 용액의 전도도 값을 증가시키는 것으로 나타났다. 외부로부터 공급되는 산소는 용액 내에서 오존 생성과 용해를 통해 OH 라디칼을 생성시킴으로써 페놀의 분해속도를 증가시키는 것으로 나타났다. 방전이 액체상 및 기체상에서 동시에 발생하는 series type의 전극 구조를 사용하면 기체상에서 높은 농도의 오존을 생성시킬 수 있으므로 액체상에서만 방전이 발생하는 reference type의 전극 구조에서보다 높은 페놀 분해 속도와 TOC 제거 효율을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제8권5호
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• pp.564-571
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• 1995

This paper deals with the arc discharge characteristics of kerosene oil as a basic study on electrical discharge machine. Using needle electrode the discharge voltage, discharge current, discharge energy and the shape of discharge crater are measured. In consequence, it becomes clear that the discharge crater(depth, height, diameter) is depending on the discharge energy. Rapid increase in depth, height and diameter of discharge crater was observed during initial discharge, where discharge energy is large. However, rather slow decrease of those values was found when discharge energy is low or N is more than 3. As the ratio of $I_p$$T_on$ increase, the shape of discharge crater gets near circle. The protuberances of the discharge crater were not formed by the melted needle electrode but by the that of work piece.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.102-102
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• 2010

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 방전 현상을 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 방전 챔버에는 C-dot probe와 B-dot probe를 설치하여 전압과 전류를 측정하였고, C-dot probe 와 B-dot probe는 각각 Northstar사의 10000:1 고전압 probe와 rogowiski coil을 이용하여 시준 하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 방전개시시간은 혼합기체 압력에 따라 증가하며 1기압 이상에서는 급격히 증가 하였다. SF6 혼합비율에 따라서는 1 기압 조건까지는 큰 차이가 없었으나 2 기압부터는 급격히 증가하였다. 안정성을 나타내는 jitter는 SF6 100%일 때 가장 컸으나 혼합기체의 변화에 따른 큰 차이는 없었다.

• 한국조명전기설비학회:학술대회논문집
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• 한국조명전기설비학회 1997년도 추계학술발표회논문집
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• pp.63-66
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• 1997

본 논문은 초전도 및 극저온 케이블의 냉매와 전기절연으로 사용되고 있는 액체질소의 연면방전특성에 관하여 연구하였다. 기포효과를 고려하여 대기압하에서의 정극성 및 부극성 직류고전압을 사용하였고, 연면방전시 방사되는 방사전자파의 스펙트럼 분포 특성을 관측하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.221-221
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• 2011

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극 충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력 스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압 펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 현상을 전기, 광학적으로 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 전자온도는 SF6 혼합비율이 0~10%일 때 급격히 증가하여 이후에는 포화되는 경향을 보였고, 압력에 따라서는 큰 경향성을 보이지 않았다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.49-55
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• 2003

본 논문에서는 고온 초전도체의 냉매로서 주목받고 있는 액체질소 중에서 고체절연물 표면의 연면 방전과 트래킹 현상에 관하여 연구하였다 액체질소중 연면 방전에 많은 영향을 주는 기포 효과를 연구하기 위해 Knife형태의 전극과 평판형태의 전극을 사용하여 A-mod, B-mode, C-mode의 전극배치형태를 각각 구성하였다. 본 실험의 결과는 향후 연구되고 개발될 초전도·극저온 전력설비의 절연설계의 기초 데이터를 제공할수 있다고 판단된다.