익스트림 에너지공학

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산업혁명 이후 에너지에 대한 갈망은 인류와 함께해왔다. 장작 100kg에 비해 가솔린 100kg이 갖는 에너지가 훨씬 크고 더 유용하다. 이처럼 고에너지 물질에 대해 연구하고, 우리 생활에 유익하게 적용하는 익스트림 에너지공학에 대해 알아보자.

1 ‘익스트림 에너지공학’이란 무엇인가요?
익스트림 에너지공학은 화약이나 레이저와 같은 고에너지 물질이 높은 압력과 온도 환경에서 어떠한 현상을 갖는지 연구하고 이를 응용하는 분야다. 로켓에 사용되는 추진체가 엔진 속에서 어떤 현상을 보이는지에 대해 연구하는 한편, 폭발 사고를 역학적으로 분석해 원인을 규명할 수 있다. 특정 레이저의 경우 물체의 표면에 닿으면 국소적으로 폭발이 일어난다. 이때 순간적으로 압력이 1만 배 이상 증가하고 온도가 수 만℃에 이른다. 이처럼 익스트림 에너지공학에서는 소량의 에너지원으로 큰 힘을 얻을 수 있는 현상을 연구한다. 그리고 유용한 방향으로의 이용 가능성을 탐색한다.

2 어디에 사용되나요?
높은 에너지의 레이저를 대상 물체의 표면에 쏘면, 표면에서 화학반응이 일어나 짧은 순간 빛을 낸다. 표면에서 발산한 빛을 분광기를 이용해 분석하면 대상 물체 표면의 성분에 대해서 알 수 있다. 이러한 원리를 이용하면 화성탐사 시 흙을 직접 퍼서 분석하지 않아도 지표면의 성분을 확인할 수 있다. 공항에서도 쉽게 화약성분을 검사할 수 있기 때문에 테러리스트를 색출할 수도 있다. 또 로켓과 미사일 등의 연소부에서 고에너지 연료의 연소반응을 해석해 노킹(knocking) 현상을 개선함으로써 효율을 높이는 데도 도움을 준다.

3 어디에 있어요?
국내에서도 레이저를 반도체 가공 및 레이저 계측 도구로 사용하기는 하지만, 이를 화약이나 탄화수소 연료와 동급인 에너지원으로 연구하는 곳은 많지 않다. 서울대 기계항공공학부에는 레이저를 에너지원으로 사용해 연구하는 익스트림 에너지 연구실이 있다. 해외에는 미국 캘리포니아공대와 일리노이공대에서 고에너지 물질에 대해 연구하고 있다.

4 무엇을 배우나요?
고온과 고압 환경에서 고에너지 물질의 성질을 분석해야 하므로 열역학이나 유체역학을 배우고, 압축성 유체, 제트추진과 같은 응용 과목을 배운다. 또한 물리현상을 수학적으로 기술하고 분석하기 위해 미분방정식을 포함한 공학수학을 필수적으로 익혀야 한다. 뿐만 아니라 설계한 실험으로부터 얻어진 결과를 수치적으로 해석하기 위한 수치해석도 배울 수 있다.
 
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[익스트림 에너지공학은 로켓추진을 연구해 고에너지 활용에 접목시키기도 한다.]

5 어떤 학생을 원하나요?
익스트림 에너지공학은 아직 성숙된 연구 분야가 아니라 앞으로 해결할 문제가 많이 남아있다. 따라서 미개척 분야에 파고들 수 있는 열정과 도전의식을 가진 학생을 원한다. 이미 알려진 주제의 이면에 있는 기발한 연구에 관심을 가지면 좋다. 독창적으로 생각하고, 남보다 앞서가겠다는 포부와 욕심이 있는 학생이라면 익스트림 에너지공학에 도전할 만하다.
 
6 졸업 후 대학원에 가고 싶은데요?
대학원에 진학할 경우 다양한 학문과 융합할 수 있는 기회를 얻을 수 있다. 학부과정이 다르다고 할지라도 ‘역학’이라는 공통의 언어를 사용한다면 나머지는 접목하기 나름이다. 익스트림 에너지공학을 의학 분야에 접목시켜 개발한 ‘무통 주사기’가 좋은 예다. 이처럼 대학원에서는 하나의 분야만을 고집하지 않고 다른 학문과의 연계를 통해 인류에게 유용한 연구를 수행할 수 있다.

7 취업을 선택하면요?
익스트림 에너지공학을 연구하면 역학에 대한 튼튼한 기초가 있기 때문에 진출 분야가 매우 다양하다. 기계항공, 우주 개발, 레이저 응용, 의학 연구 분야에 진출한다. 일반 기업의 연구소에 가거나 국방과학연구소를 비롯한 국방 관련 정부 연구소에 취업할 수도 있다.

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글 : 오경택·서울대 기계항공공학부 석사과정 기자 laimo@snu.ac.kr
과학동아 2011년 07호


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