고체 레이저는 외부의 빛 에너지를 흡수해 레이저를 발생시키는 ‘매질’이 고체로 된 것으로, 이는 기체 레이저에 비해 안정적으로 레이저를 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.
한국원자력연구원(이하 원자력연)이 미국, 일본, 유럽 등 레이저 분야 선진국을 제치고 기존보다 5배 가량 향상된 고에너지 레이저 발생 장치를 개발했다.
원자력연은 양자광학연구부 임창환 박사팀이 3년 간의 연구개발 끝에 10J(주울)급 고에너지 고체 레이저 발생 장치를 개발했다고 21일 밝혔다.
현재까지 제작된 고에너지 레이저 발생 장치는 펄스당 에너지량이 1~2J에 불과한 데다 반복적으로 사용할 수 없어 상용화에 문제가 있었다.
△스테인리스를 찢는 강력한 레이저=연구팀은 기존 단결정으로 된 봉 형태의 레이저 매질 대신 다결정 세라믹으로 제작한 12장의 분산형 디스크를 중첩한 새로운 형태의 레이저 매질을 개발해 열 배출 문제를 극복했다.
또 디스크 사이에 냉각수를 주입해 균일 냉각효과를 거두고 효율을 상승시켜 기존 레이저기보다 5배의 에너지량을 얻는데 성공했다.
이번에 개발된 고에너지 레이저 발생 장치는 스테인리스를 변형하고 찢을 수 있는 정도인 1㎬(기가파스칼)의 압력을 발생시켜 레이저 단조, 실리콘 재결정화 등에도 활용할 수 있을 전망이다.
레이저 단조는 레이저 충격파를 이용해 금속 표면의 기계적 성질을 개선하는 방법으로, 망치나 금속 구슬 등으로 충격을 가하는 기존 기계식 단조 보다 재료의 인성을 5배 향상시킬 수 있다.
△응용범위 확대, 과학·산업계 파급 효과 기대=게다가 잔류응력을 고르게 할 수 있고, 원격으로 정교한 작업을 할 수 있어 응용 범위가 넓다.
특히 터빈 블레이드와 같이 높은 인성을 요하는 항공기 부품 제작이나, 원자로 노심-배관 용접과 같이 균일한 잔류응력을 필요로 하는 분야에 유용할 전망이다.
또 원자 배열이 불규칙적인 비정질 실리콘에 레이저를 조사해 규칙적인 단결정으로 만드는 실리콘 재결정화(anealing)를 통해 고에너지 레이저 장치를 재결정화에 사용할 경우 고가의 소모품이 필요한 기존 방식보다 비용을 10분의 1로 줄일 수 있다.
원자력연은 이번 기술을 바탕으로 20J 이상의 초고에너지 레이저 발생 장치 및 1㎰(피코초=1조 분의 1초)급 레이저 개발에 착수해 향후 미래 에너지원으로 부상하고 있는 레이저 핵융합 관련 기초 기술 연구와 산업 분야 신기술 연구에 기여할 예정이다. 임 박사는 “이번에 개발한 고에너지 레이저 발생 장치는 플라즈마 연구와 핵융합 분야에도 접목될 것”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 KAIST 창업보육센터에 입주한 고에너지 레이저 개발 전문 업체인 ㈜피큐브와 공동으로 수행됐다.
그리고 레이저 무기를 개발하고 있는 것 같다..w
