전자기 성형 공정은 강한 전이 자기장을 가공하고자 하는 금속에 직접 작용시켜 금속을 변형시키는 가공 기술로 최근 난성형성 소재의 성형 및 이종 소재의 접합 등에 장점을 가지고 있어 관심이 높아지고 있다. 또한, 전자기 성형 공정을 기존의 스템핑, 하이드로포밍과 같은 성형 공정의 단점을 보완하는 공정으로 이용하여 자동차 부품에 적용하려는 연구가 시도되고 있다. 전기, 자기, 열, 변형을 포함하는 복잡한 물리 현상이 관련되어 있는 전자기 성형 공정을 모사하기 위해서 각 물리 현상들을 연계하여 수치적으로 계산해 내는 기술에 대한 연구가 다각도로 진행 중이다. 본 고에서는 전자기 성형 기술에 대한 개념과 최신 국내외 기술 동향을 소개한 후, 전자기 성형의 수치 해석 기술에 대한 연구 동향을 정리하였다.
Geant4 전산모사 toolkit은 버전에 따라 개선되거나 새로워진 물리적 모델을 제공한다. 최근 재 코드화 된 Geant4.9.3은 저 에너지 전자기 물리 모델에 대해 Livermore 데이터 삽입과 새로운 물리적 모델을 적용시키고, 코드를 수정하여 물리적 요소를 개선시켰다. 본 연구에서는 향후, 전자 또는 입자를 이용한 신뢰성 있는 전산모사를 위하여 Geant4.9.2와 9.3에 포함된 전자기 물리모델을 이용하여 물질 내부를 통과하는 입자의 저지능(Stopping power)과 CSDA(Continuously Slowing Down Approximation) range 데이터를 획득하였으며, 이 결과를 미국국립기술표준원(National Institute of Standards and Technology, NIST)에서 제공하는 각각의 데이터와 비교하여, Geant4.9.2에 대한 Geant4.9.3의 저 에너지 전자기 물리 모델의 개선 여부를 알아보고자 하였다.
Geant4 toolkit은 전자기적 상호작용(electromagnetic interactions)에 대한 다양한 물리적 모델을 제공한다. 이러한 물리적 모델들에 대한 검증은 신뢰성 있는 Geant4 응용을 위해서 중요한 역할을 한다. 그러므로, 본 연구의 목적은 양성자 치료 전산모사를 위해 Geant4가 제공하는 물리적 모델 중 전자기 물리 모델의 정확성을 검증하는 것이다. 검증은 물, 뼈, 지방 그리고 원자번호가 다른 물질에 대해 양성자의 CSDA 비정(continuous slowing down approximation range)과 저지능(stopping power) 데이터를 미국 국립기술표준원(National Institute of Standards and Technology, NIST)의 데이터를 각각 비교하는 방법으로 이루어졌다. 물, 뼈 그리고 지방에 대해 0.01 MeV에서 10 GeV 범위의 입사 에너지의 CSDA 비정과 저지능 전산모사 결과와 NIST값을 비교한 결과, CSDA 비정의 평균 차는 각각 1.0%, 1.4% 그리고 1.4%를 나타내었고, 저지능에 대한 평균 차는 각각 0.7%, 1.0% 그리고 1.3%를 나타내었다. 또한, 각 물질에 대한 NIST 값과의 유의성을 분석하기 위해 kolmogorov-smirnov Goodness-of-Fit 통계분석 방법을 이용한 결과, 전자기 물리 모델의 전산모사 결과 데이터와 NIST 데이터 사이의 유의성을 나타내는 p-value가 유의 수준 0.05 이상 값을 가진다는 것을 확인 하였으며, 이를 통해 Geant4 전자기 물리 모델의 정확성을 검증할 수 있었다.
송수신기 일체형인 소형 루프 시스템을 해저 전자탐사 기술의 적용 가능을 확인하는 과정의 시작 단계로 자기 쌍극자 송신원을 이용한 층서구조에서의 전자가 반응을 계산 하였다. 전도성인 해양 환경에서 측정되는 신호의 크기가 작은 한계가 있지만 전자기장 반응 해석을 통행 지하 하부의 정보를 얻을 수 있었다. 기반암 위의 층이 바닷물보다 저항성인 해저 지각인 경우와 전도성인 열수광상인 경우에 따라 반응이 달라짐을 확인하였고, 그 층의 두께에 따라서 변화하는 전자기 반응을 계산하여 탐지 가능한 층의 두께를 예상할 수 있었다. 송수신기가 모두 바다 속에 위치하기 때문에 송수신기의 배치 방법과 송수신기가 해저면에서 떨어지게 될 때 신호의 반응 변화를 파악하였다. 해양 소형 루프 전자탐사의 실제 적용을 위해서 이상의 연구들이 기초가 될 것으로 기대된다.
본 논문에서는 소형위성 발사장치에 적용할 수 있는 EML의 일종인 코일건에 관한 내용을 다루고있다. 단일 스테이지 코일건 설계를 위해서 수학적 및 물리적 모델을 구축하고 설계 인자에 따른 물리적 특성을 파악하였다. 또한 구축된 수학적 및 물리적 모델을 전자기 유한요소해석을 통하여 검증하였다.
우리나라 농업부문에 최초로 적용된 물리탐사 기술은 전기비저항 수직탐사로, 1970년대 농업용 지하수 탐지 목적으로 적용되기 시작하였다. 농업활동이 다변화된 1990년대 이후에는 기존의 전기비저항 탐사 이외에 유도 전자기 탐사, 자연전위 탐사 등을 이용하여 대규모 간척지 염분 집적 등 토양 특성 파악, 농업현장을 포함한 지하수 공급의 최말단부인 해안지역 소유역의 해수침투 범위 탐지, 저수지 및 방조제 안전진단을 위한 물리탐사, 과잉양수에 의한 지반침하 탐지, 쓰레기 매립장 또는 가축 매몰지로부터 발생되는 침출수 누출 범위 추적 등 다양한 분야로 확대되어 활용되고 있다. 본 원고에서는 이러한 농업부문에서의 물리탐사 기술 적용 사례들을 소개하고, 이를 기반으로 미래 농업에서 추구하는 정밀농업 현장에 필요한 물리탐사 기술의 발전 방안을 제시하였다.
전자기장을 포함한 대부분의 물리학적 시스템이 벡터 미분 연산자들로 기술되며 또한 벡터연산을 통하여 계산된다. 그러므로 이들 벡터장들이 유전 및 자성물질 시스템들과 상호작용할 때 물리적 체계를 기술하고 계산하려면 정확한 전자기 벡터장의 지식체계를 이해할 필요가 있다. 그런데 이들 대부분 추상적 개념들을 직관적으로 이해하기에는 쉽지 않기 때문에 이들 추상적 개념의 시각화 표현 작업은 오늘날 지식정보화 수행과정에서 매우 중요한 과제의 하나다. 우리는 전자기학 체계를 구성하는 가장 기본적인 벡터장: $\vec{E}=-\vec{\nabla}_{\varphi}$, $\vec{D}={\epsilon}\vec{E}$, $\vec{\nabla}{\times}\vec{A}$, $\vec{B}={\mu}\vec{H}$, $\vec{B}={\mu}_0(\vec{\nabla}_{\varphi}{^*}+\vec{M})$들의 가시화 시뮬레이션을 Mathematica 프로그램으로 작성하여 추상적인 전자기벡터장의 시각화 모델을 제시하였다. 이 시뮬레이션을 전자기 벡터장의 물리학적 지식체계를 탐구해 가는 기본 플랫폼으로 활용할 수 있다.
전자기 필터는 기존의 냉각수 정화계통에 대한 기술적 대체물로 주목받아 왔다. 그러나 현재로선 전자기 필터의 물리적 현상에 대한 명확한 이해나 이론적 접근이 몹시 부족한 상태이다. 이러한 이유로 전자기 필터의 실제 적용에 어려움이 있으며, 우수한 성능에도 불구하고 광범위하게 상업화되지 못한 상태이다. 저출력 전자기 필터를 사용한 본 실험적 연구에서는 다양한 운전 변수들이 변하는 조건에서 전자기 필터의 특성에 관한 연구를 수행하였다. 단, 전자기 필터의 구체적 수치등은 필터마다 다르므로 부차적인 것으로 간주되었다. 실험에 사용된 불순물은 강자성의 사삼산화철과 반자성인 산화제일구리를 사용하였으며, 측정된 자료에 대해서는 회귀분석을 실시하였다. 그 결과로 효율 대 시간, 효율 대 필터부하, 필터부하대 시간에 대한 근사 방정식이 얻어졌다. 본 실험에서 얻어진 전자기 필터의 일반적 특성은 지금까지의 연구와 잘 일치하는 것을 보였으며, 특히 본 연구에서는 지금까지의 연구들에서 밝혀진 특성들을 설명하기 위하여 물리침착등의 몇가지 가설이 제시되었다
현장에서 지표 전기비저항 탐사를 수행할 때 사용되는 전선에는 다중인터폰 전선과 리본 전선 등이 있다. 일반적으로 이들 전선은 전류가 흐를 때 전자기유도 현상이 발생한다. 예를 들어, 다중인터폰 전선은 다수의 전선이 꼬여져 있는 상태이브로 전류가 흐를 때 전자기유도 현상이 발생될 수 있으며, 이것에 의하여 측정된 전기비저항자료가 왜곡될 가능성이 있다. 따라서 이 논문에서는 전기비저항 탐사를 수행할 때에 발생하는 전선 내 전자기유도 현상에 의한 신호왜곡 현상을 관찰하기 위하여 전기비저항 탐사 시스템에 PXI를 부착하여 전자기 잡음 측정 시스템을 구축하였고 일반적인 탐사용 전선에서 나타나는 전위 파형을 측정하여 이들을 서로 비교함으로써 전자기유도에 의한 신호 왜곡 현상을 밝히고, 이 결과로부터 전선을 이용한 현장탐사의 지침을 제공하고자 하였다. 다중인터폰 전선, 리본 전선을 이용하여 전기비저항 탐사를 수행했을 때 리본 전선에서는 전자기유도에 의한 큰 파형의 왜곡이 관찰되지 않았고 다중인터폰 전선에서는 파형의 왜곡이 관찰되었다. 그러므로 전선 내에서 신호의 왜곡이 관찰되지 않은 리본 전선을 사용하여 전기비저항 탐사를 수행함으로써 보다 양질의 자료를 획득할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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