This paper reports an analysis of self-pressurization in a closed cryogenic liquid storage system and its comparison with experimental data using liquid nitrogen. Partial equilibrium model(PEM), revised thermodynamic analysis of homogeneous model, has been applied for the pressurization in a closed tank. The vapor and liquid bulk temperature and the liquid-vapor interface temperature are separately calculated as their own representative values in this analysis. The analysis results of the partial equilibrium model are compared with the experimental data and other preceding homogeneous temperature models for validation.
본 연구는 다양한 조건에서 장기 보존한 느티만가닥버섯 균주의 균사 생존력과 재배성능 검증을 수행하였다. 균사 생존력은 장기 보존된 균주를 9, 21, 33, 45개월 단위로 해동하여 PDA 평판배지에 접종한 다음 1, 2, 3, 4, 5차 계대배양에 따른 균사 생장길이를 측정하여 검증하였다. 액체질소에 보존한 균사를 해동 직후 실시한 1차 계대배양에서는 동결보호제로써 Glycerol 10%를 단용으로 처리한 실험구에서 균사생장이 저조한 결과를 나타내었으나, 5차 계대배양에서는 버섯 균사의 생장력이 다른 실험구와 동일한 수준으로 회복되어, 저장방법에 따른 균사의 생존력에는 큰 영향이 없는것으로 판단된다. 그러나 느티만가닥버섯을 액체 질소에 장기간 보존하고자 할 때는 동결보호제로 사용되는 Glycerol 10%에 Trehalose 5%를 첨가하여 보존해야 균사의 생존력을 유지하는데 도움이 된다. 장기 저장에 따른 느티만가닥버섯 균주의 재배 성능 시험에서는 $4^{\circ}C$ 사면배지에 보호제로써 mineral oil을 사용하는 것이 사면배지 자체로 보존하는 것에 비해 수확량이 감소하는 결과를 나타내므로 장기 저장시에 mineral oil을 사용하는 것은 지양해야 할 것으로 판단된다.
동치미를 동결하면 미생물의 사멸, 및 성장과 효소의 작용이 정지되어 더 이상 발효가 진행되지 않아 산패 및 조직의 연화를 방지할 수 있으므로 동결 저장은 동치미의 효과적인 저장 방법이다. 그러나 일반적인 동결 방법과 해동 방법으로는 동결 및 해동 공정시 품질의 변화가 발생하는 문제점이 있기 때문에 액체질소를 이용한 급속 동결 및 915MHz microwave을 이용한 급속 해동 공정을 실시하였다. 동치미를 제조한 후 발효 적숙기인 pH 3.8에서 동결하였는데 동치미 무와 액을 함께 동결할 경우 동치미 무의 hardness가 크게 감소하기 때문에 무와 액을 각각 분리하여 동결시켰다. 동치미 무의 size는 $2{\times}2{\times}6cm$이 품질의 변화를 최소화할 수 있는 크기이었고, 동치미 액은 $5{\times}5{\times}10cm$로 설정하였다. 동치미 무의 경우 액체질소로 동결하고 915 MHz microwave로 해동하였을 때 조직의 hardness에 기여하는 pectinesterase activity가 가장 높았고, 조직의 연화에 작용하는 polygalacturonase activity가 가장 낮아서 hardness가 가장 좋았으며 색도의 변화도 가장 적었다. 동치미 액의 경우 $-70^{\circ}C$에서 동결하고 915 MHz microwave로 해동하였을 때 pH와 산도의 변화가 적었으며 미생물이 가장 많이 사멸되었다. 따라서 급속 동결 및 급속 해동을 이용한 저장방법은 동치미의 장기 저장 시 효과적인 방법으로 판단되었다.
액체로켓추진시스템에서 추진제 가압시스템은 추진제가 저장되어 있는 탱크의 얼리지 공간에 가압제인 가스를 제어된 압력으로 공급하는 것이다. 이러한 추진제 가압시스템의 가장 중요한 설계변수는 극저온 추진제 탱크 내에 설치된 가압제 탱크에서 토출되는 가압제의 온도이며, 기체 상태인 가압제의 밀도는 토출되는 가압제의 온도에 따라 민감하게 변한다. 이전 연구에서는 상온 가압제와 상온 외부유체 간의 온도 상관성에 대하여 수행되었으며, 본 연구에서는 현재 개발 중인 액체로켓추진 발사체의 가압시스템과 동일한 조건인 극저온 가압제(GHe)와 극저온 외부유체(LOX)를 적용하여 가압제 탱크에서 가압제 토출 시 강하되는 온도 변화를 실험 및 해석을 통하여 고찰하였다.
곤충변원성충(Steinernema carpocapsae Weiser)의 감염태 유충에 대한 액체질소( $-190^{\circ}C$)냉동 저장하는 방법을 개발하기 위하여, 냉동보관 전처리 과정 및 저장기간에 따른 선충생존율과 감염력 변이를 조사하였다. 냉동저장 전에 22% 글리세롤로 선충은 6, 12, 24시간 동안 배양한 후 70% methanol($0^{\circ}C$)안에 10분간 유지하였다. 글리세롤과 methanol에 넣어 둔 샘플을 0,85% 식염수에 넣어 24시간 유지한 후 생존능력을 측정하였다. 글리세롤 배양시간에 따른 선충 생존율의 차이는 없었으나, methanol처리에서는 글리세롤 처리 시간이 길수록 선충 생존율이 높게 나타났다. 냉동저장에 따른 선충의 생존율은 글리세롤 배양시간이 짧았던 처리(6시간)를 제외하고는 5개월 동안 평균 70% 이상으로 높게 나타났다. 냉동저장 되었던 선충의 곤충감염율은 저장기간에 관계없이 90% 이상을 나타내었다. 이상의 결과는 곤충병원선충이 냉동저장에 의해 장기간보존이 가능하다는 것을 제시한다.
식물 종자를 비롯한 각종 유전자원을 액체질소에 저장하면 유전형질 특성의 손실 없이 장기간 보존할 수 있다. 본 연구에서 보존조건이 까다로워 단명 종자로 분류되는 들깨 종자를 초저온 동결저장 방법으로 보존할 수 있는지를 조사하였다. 수집한 들깨 품종별 종자의 초기 발아율은 40-95% 수준으로 다양하였는데, 수분함량을 3-8%로 조절한 종자를 액체질소에 처리하여도 발아율은 감소하지 않았다. 종자의 수분함량이 4-5%인 종자의 초저온 처리 후 발아율이 가장 높았으며, 초기 발아율이 낮은 품종에서는 초저온 처리에 의해 발아율이 증가하기도 했다. 인위 노화처리에 따라 종자의 발아율과 ascorbate peroxidase 활성은 감소하였으며, 품종별로 종자의 활력 저하 정도는 크게 달리 나타났다. 대조 처리 종자와 비교하였을 때, 초저온 처리과정에 발생할 수 있는 산화스트레스가 들깨 종자의 활력을 저해하지는 않을 것으로 추정되었다. 따라서 들깨 종자를 4-5% 수분함량으로 건조시켜 초저온 동결 저장하면 활력 손실 없이 장기간 보존할 수 있을 것으로 판단되며, 노화가 급속히 진행되는 품종의 경우에는 고활력 자원을 확보하거나 휴면타파 처리 후 초저온 동결 보존하는 것이 유리할 것으로 생각된다.
초전도체의 임계온도를 높이는 연구들이 수행되어 임계온도가 액체질소의 비등점(77K)보다 높은 산화물 고온 초전도체가 1986년에 발견되었고, 최근에는 $10^4A/cm^2$이상의 임계전류밀도를 갖는 덩어리형 고온 초전도체가 용융공정을 통해 개발되었으며, 산화물 고온 초전도체 $YBa_2 Cu_3 O_{7-y}$은 산소 조성이 7에 가까우며 임계온도가 95K로서 현재 가장 많이 사용되고 있다. 응용 분야로서는 수송분야, 의료분야, 전력분야, 그리고 기초과학분야등이 있고, 향후 상온 초전도체의 출현으로 인한 응용범위의 확대는 획기적일 것으로 예측되어 진다. 이중에 10$^{-8}$이하의 마찰계수를 갖는 초전도 마그네틱 베어링을 플라이휠 같은 에너지 저장장치에 적용시키는 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. 여러 선진국에서는 용융공정된 초전도체를 이용하여 실험단계적인 플라이휠의 설계, 제작 및 성능실험을 진행중이거나 완성하였고, 제2단계 목표로서 실용화를 위한 대규모 플라이휠의 설계와 제작에 대한 연구가 진행중이다.
The bath cryostat of cryogenic apparatuses which are generally used to study physical phenomena under low temperature and ultra low temperature has been desigened and constructed. The practical use of the cryostat is verified by the measurement of the storage life of liquid heloum and liquid nitrogen vessels. The cryostat consists of triple structure of high vacuum environment in order to minimize the evaporation rate of liquid helium and liquid nitrogen by thermal conductivity and radiant heat. The minimum thickness which can stand against inner and outer pressures is calculated from considering the strength of the material.
초전도체를 기계요소중 하나인 베어링에 응용하기 위한 연구는 임계온도가 액체질소의 비등점(77K)보다 높은 산화물 고온 초전도체가 발견된 이후 시작되었으며, 특히 최근에는 $10^4A/cm^2$이상의 임계전류밀도를 갖는 덩어리형 고온 초전도체가 용융공정을 통해 개발되어, 큰 부하지지력을 갖고 10$^{-8}$ 이하의 마찰계수를 갖는 초전도 마그네틱 베어링으로서 플라이휠 같은 에너지 저장장치에 적용시키는 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. 고온 초전도체를 사용한 반발식 수동형 미그네틱 베어링은 Meissner effect뿐 아니라 Fluxpinning effect에 의해 자체적으로 외란에 대한 위치안정성을 가지며, 히스테리시스 손실에 의한 에너지 소산을 통해 외란에 대해 강한 감쇠능력을 가진다는 장점을 가지고 있으며, 대중량을 지지할 수 있다. 이러한 초전도체의 특성에 관한 정량적 수치해석은 초전도 베어링의 설계에 필수적이나 아직 국내에서는 그러한 시도가 없었다. 이러한 여건을 고려하여 본 연구에서는 초전도체와 자석간의 부상력 변화를 2차원 Slab모델로 수치해석하여 히스테리시스라는 주요한 특성을 고찰하고자 한다.
21세기의 새로운 청정 에너지원으로 각광받고 있는 수소의 성공적인 활용을 위해 높은 저장 용량을 갖는 수소 저장체와 효과적인 수소 저장기술의 개발이 필요하다. 본 총설에서는 다양한 수소 저장 방법에 대해 간략히 요약하고 그 가운데 나노세공체를 이용한 저온 물리흡착에 의한 수소 저장기술의 현황에 대해 살펴보았다. 기존에 알려져 있는 고압의 압축 저장기술과 상온 고압의 수소저장 물질의 개발 이외에도 최근에는 높은 표면적과 큰 세공 부피를 갖는 나노세공체를 이용한 저온 물리흡착 방식이 개발 가능한 수소의 저장 기술의 하나로 활발히 연구되고 있다. 본 총설에서는 높은 수소 저장 용량을 위해 필요한 나노세공체의 특성을 요약하였으며 높은 표면적 및 미세 세공부피, 작은 세공 크기, 큰 정전기장 및 불포화 배위자리가 필요함을 알 수 있었다. 최근까지 보고된 나노세공체 흡착제에 의한 수소 저장 능력을 정리하였는데 현재까지 보고된 최고의 결과로는 액체 질소 온도($-196^{\circ}C$)의 약 80 기압에서 약 7.5wt%의 수소를 저장할 수 있다고 알려져 있다. 향후 지속적이고 새로운 나노세공체의 설계, 합성, 제조 및 수식에 대한 노력을 통해 수소에너지 저장에 활용될 수 있는 효과적인 수소 저장체 개발을 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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