한국원자력연구원은 채길병 원자력데이터센터 박사가 플라즈마 상태에서 더스트 입자를 생성시킨 후 이들의 소용돌이 운동과 정렬 현상을 규명했다고 21일 밝혔다.

플라즈마는 기체 상태의 물질에 높은 에너지가 가해져 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 상태를 말한다.

첨단 전자기기에 쓰이는 반도체 소자를 만들기 위해서는 '반도체 공정 플라즈마'라 불리는 과정을 거치게 된다. 플라즈마를 이용하면 10nm(나노미터. 1nm=10억분의 1m) 수준까지 제조 공정이 가능하다. 반도체 소자의 소형화와 정밀도 향상에 직결된다.

반도체 공정 중 플라즈마 내 미세먼지 입자가 유입될 경우 웨이퍼에 착상될 수 있어 제품 폐기 등 경제적 손실이 발생한다. 때문에 플라즈마 내 미세먼지 입자 제거는 중요하다.

플라즈마에 존재하는 더스트 입자는 대부분 비구형이다. 학계의 많은 이론들은 계산상의 편의를 위해 이를 구형으로 가정해 왔다. 그러나 실제 입자 운동 관찰결과와 수리적 계산 차이가 발생, 학계의 난제 원인으로 지목돼 왔다.

채 박사는 비구형 더스트 입자들이 플라즈마 내부에서 발생하는 전기장과 이온 흐름에 의해 소용돌이치는 현상과 이후 해당 입자들이 정전기적 상호작용을 통해 정렬, 자전하는 것을 발견했다.

이번 성과는 플라즈마 발생장치를 통해 비구형, 프랙탈 모양의 얼름 더스트 입자를 생성하고 관찰, 플라즈마 상태의 우주 대기와 유사한 환경에서 진행돼 의미가 크다.

채길병 박사는 "학계에서 통용되던 구형 더스트 입자 가설 오류를 증명하고 비구형 입자 형태를 적용하는 것이 타당함을 입증한 것"이라면서 "이를 통해 플라즈마 공정에서 발생하는 미세먼지를 제어하는 등 기술적 성과 창출을 위한 융합연구와 플라즈마 상태의 극한 환경 연구 주제인 우주과학분야에 도전할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 성과는 네이처의 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 에 21일 게재됐다.