교수는 플라즈마 광선을 사용하여 미 공군의 탑재 전자 장치를 냉각합니다.

톰 코길/UVA

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버지니아 대학의 연구원들은 플라즈마 광선을 사용하여 군용 항공기의 고급 전자 장치를 냉각시키는 방법을 알아냈습니다. 보도 자료에 따르면 이 대학의 기계 및 항공우주 공학 교수인 패트릭 홉킨스(Patrick Hopkins)가 이끄는 팀은 공상 과학 소설을 현실로 바꾸고 있다고 합니다.

기술이 점점 발전함에 따라 군사 장비에도 고급 전자 장치가 많이 사용됩니다. 전 세계의 해군은 냉각 시스템에 물을 사용하고 있으며 밀도가 높은 공기는 지구상의 장비를 빠르게 냉각하는 데 도움이 됩니다.

그러나 공군의 경우 이는 운용되는 공기가 희박하기 때문에 어려운 일이었습니다. 대기의 상층부에는 냉각을 촉진할 공기가 많지 않으며 항공기는 추가 중량의 냉각수를 탑재할 수 없습니다. Hopkins 팀은 문제에 대한 가볍고 실용적인 해결책을 찾았는데, 그것이 바로 플라즈마의 사용입니다.

물질의 네 번째 상태인 플라즈마는 가스에 에너지가 가해질 때 생성됩니다. 이 상태에서 가스 원소의 전자는 핵 궤도를 벗어나고 물질은 흐름에서 광자, 이온 또는 심지어 전자를 방출할 수 있습니다. 이는 광선이나 번개의 형태로 시각화될 수 있습니다.

몇 년 전, 홉킨스와 미 해군 연구소의 동료인 스콧 월튼(Scott Walton)은 놀라운 발견을 했습니다. 금도금 표면에 헬륨을 사용하여 생성된 보라색 플라즈마 제트를 발사했을 때, 물체를 가열하기 전에 먼저 냉각시키는 것을 발견했습니다. 이 현상은 이전에 관찰된 적이 없었으며 연구자들은 관찰이 실제로 올바른지 확인하기 위해 여러 차례 실험을 반복해야 했습니다.

여러 번 관찰한 후, 연구자들은 냉각이 보기 어렵지만 물체 표면에 존재하는 매우 얇은 물과 탄소 분자의 표면층이 폭발한 결과일 가능성이 높다고 판단했습니다. 신체의 에너지를 사용하여 신체를 증발시키고 냉각시키는 피부의 땀과 마찬가지로 이 분자층은 플라즈마의 에너지를 사용하여 물체를 냉각시킵니다.

톰 코길/UVA

Hopkins는 온도가 급등하는 지역에서 로봇 팔이 작동하여 짧은 플라즈마 광선을 방출하여 즉시 냉각할 수 있는 항공기에 이 즉각적인 냉각을 배치할 수 있다고 생각합니다. 이는 현재 항공 및 우주 응용 분야의 전자 장치에서 열을 제거하는 데 사용되는 "냉각판"에 비해 크게 개선된 것입니다.

미 공군은 이 개념을 좋아했으며 열 공학 실험 및 시뮬레이션(ExSITE) 연구실의 Hopkin 팀에 이를 추진하기 위해 3년에 걸쳐 750,000달러의 보조금을 수여했습니다. 또한 팀은 스핀아웃 회사인 Laser Thermal을 통해 프로토타입 장치도 제작할 예정입니다.

이번 연구 결과는 ACS Nano 저널에 게재됐다.

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