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현기 왕
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1 전자파에 의한 고온 열 플라즈마 엄 환 섭 초 록 술적으로 한계가 있으며 공동의 Q(Quality Factor) 값에 너 무 민감하게 반응하는 것을 볼 수가 있었다. 그래서 더욱 쉽 가정용 전자레인지 속의 마그네트론에서 방출되는 1 kw 게 전자파 플라즈마를 발생할 목적으로 전자파 토치가 연구 [3] 내외의 전자파를 이용하여 대기압에서 섭씨 5천 도 이상의 되었다. 열원을 발생하는 방법을 소개하고 이러한 휴대용 고온 열 플 저렴한 비용으로 손쉽게 플라즈마를 발생시킴으로써 휴대용 라즈마를 에너지, 환경, 국방 등 다양한 산업 분야에 적용할 무 전극 전자파 플라즈마 토치를 만들게 되었으며 이 장치는 수 있는 사례를 열거한다. 기존의 플라즈마 토치가 사용되었던 많은 산업 응용 분야를 가정용 전자레인지의 전자파 발진 장치를 이용하여 감당하게 될 것이다. 이 장치는 또한 플라즈마를 이용한 화학 서 론 반응과 기타 기체 반응 연구에 이용할 수 있게 될 것이며 기 존 토치의 고 전력 파워 시스템이 필요 없어 비용을 현저히 1960년대에 시작된 열 플라즈마 연구는 1970년대에는 절 줄일 수 있다. 특히, 고온의 열원을 필요로 하는 분야에 이용 단, 용접, 분사 등의 산업에 이용되었다. 그 후에도 열 플라즈 하며 용접, 결정 성장, 화학 증기 증착, 배기가스 처리 등 기 마는 계속 연구되었고 환경과 에너지 분야에도 이용되기 시 존 플라즈마 토치 응용 분야에 광범위하게 이용될 수도 있다. 작하였다. 그러나 기존의 열 플라즈마인 저전압 고 전류 아크 예를 들어 전자파 토치는 휴대용이므로 작은 공간의 공장이 플라즈마와 고 전력 유도결합 플라즈마 토치는 높은 전력을 나 세탁소 등의 실내에 존재할 수 있는 여러 종류의 유독 물 사용하는 장치임에도 불구하고 만들어진 플라즈마 부피가 예 질을 제거하는 데에 이용할 수도 있을 뿐만 아니라, 자동차 상 외로 작았다. 현재 서울대학교에서 기존 열 플라즈마 연구 배기통에서 나오는 대기 오염 물질을 제거하는 데에도 사용 [1] 가 활발히 진행되고 있다. 기존 고온 열원은 직류 아크 토 될 수 있다. 치, 유도 결합 플라즈마 토치와 축전 결합 고주파 토치 등이 있다. 그러나 직류 아크 토치는 두 전극 사이에 직접 전장을 전자파 플라즈마 토치의 작동원리 걸어줌으로써 제한된 전극 수명으로 전극을 교체해야 하는 수고와 50~10,000암페어의 높은 아크 전류를 흘려주어야 하 마그네트론(Magnetron)에서 발생된 전자파가 그림 1에서 므로 장치를 설치하는 데 많은 비용이 들 뿐만 아니라, 작동 보는 것과 같이 도파관(Waveguide)을 통하여 전파하게 된다. 하는 데에도 많은 전력을 소비하게 된다. 유도결합 플라즈마 가정용 전자레인지에서는 도파관이 열려있어 전자파가 전자 토치와 축전결합 고주파 토치는 열효율이 40% 이하이다. 저 레인지의 통속으로 전달되어 음식을 익히게 되지만, 이 경우 전력으로 비교적 부피가 큰 고효율의 열 플라즈마를 만들 수 는 도파관 한쪽을 막아 전자파가 반사되도록 하며 그 막은 는 없는가. 끝에서 1/4 파장이 되는 곳에 그림과 같이 구멍을 뚫고 석영 전자파를 공동(Cavity)에 입력함으로써 플라즈마를 발생하 관(방전관: Discharge Tube)을 장착한다. 전자파 파동은 도 여 공기정화 및 산업적 응용에 이용하려는 연구가 시도되었 [2] 다. 그러나 공동에 전자파를 효율적으로 입력하는 것은 기 저자약력 엄환섭 교수는 메릴랜드대학에서 플라즈마 물리연구로 1976년에 박사학위 를 받은 받은 후, 후, 미 미 해상전술 해상전술 연구원에서 연구원에서연구위원으로 연구위원으로1999년까지 1999년까지근무하였으 근무하였 며, 귀국하여 아주대학교에 교수로 재직하면서 대기압 플라즈마 연구를 수 다. 행하였다. 있다. 행해오고 한국과한국물리학회, 미국 물리학회미국물리학회 회원이고 IEEE 회원이고 고급회원이며 IEEE 고급회원이며 한국 과학기 술 한림원 한국 과학기술 회원이다. 한림원(hsuhm@ajou.ac.kr) 회원이다. (hsuhm@ajou.ac.kr) [1] K. S. Kim, J. M. Park, S. S. Choi, J. I. Kim and S. H. Hong, Phys. Plasmas 15, (2008) and the references therein. [2] H. S. Uhm Contamination Control of Emission Discharge, US 5,830,328 (1998). [3] J. H. Kim, Y. C. Hong, H. S. Kim and H. S. Uhm, J. Korean Phys. Soc. 42, S876 (2003). 37

열원을 발생하는 방법을 소개하고 이러한 휴대용 고온 열 플 저렴한 비용으로 손쉽게 플라즈마를 발생시킴으로써 휴대용 라즈마를 에너지, 환경, 국방 등 다양한 산업 분야에 적용할 무 전극 전자파 플라즈마 토치를 만들게 되었으며 이 장치는 수 있는 사례를 열거한다.

2 그림 2. 대표적인 전자파 플라즈마 토치 불꽃. 그림 1. 전자파 플라즈마 토치의 구성. 파관의 막인 끝에서 마디를 이루고 1/4 파장이 되는 곳이 배 를 형성함으로 가장 강한 전기장이 석영관 내에 나타나 전자 파 에너지를 효율적으로 토치에 전달하게 된다. 석영관의 지 름이 약 3 cm일 때 토치가 가장 잘 발생한다. 토치를 만들고 [노즐형] 자 하는 가스를 그림과 같이 보내면서 점화장치를 이용하여 점화를 하면 전자파 토치가 발생된다.[3] 플라즈마 토치불꽃의 도파관내 부위의 온도는 섭씨 6천 도가 된다. 석영관과 도파 관은 이처럼 높은 온도에서 어떻게 유지가 될까. 석영관 내벽 에 접선방향으로 입력가스(Swirl Gas)를 유입하면 석영관 내 벽에 회오리바람이 형성되어 높은 온도의 토치불꽃이 직접 [도파관형] [동축형] 그림 3. 다양한 전자파 토치의 형태. 석영관을 접하는 것을 방지하며 토치불꽃을 안정화하여 토치 가 지속적으로 유지되도록 한다. 나노입자 생성 그림 2는 좀 더 고급스런 장비로 발생한 대표적인 전자파 플라즈마 토치불꽃을 보여주고 있다. 1.4 kw 출력의 전자파 그림 4에서 보는 것처럼 전자파 플라즈마 토치 속으로 선 가 공기를 토치가스로 하여 발생한 이 토치는 길이가 약 30 택된 물질을 통과시킨다. 그리고 플라즈마 불꽃과 불꽃을 통 cm이다. 그림 2에 있는 원통형의 3-스터브 튜너(3-Stub 과한 가스가 석영관 속을 지나가도록 한다. 제공하는 가스들 Tuner)를 조절하여 전자파가 모두 토치 불꽃에서 사용될 수 을 선택적으로 정할 수 있고 불꽃의 온도를 또한 선택할 수 있도록 한다. 일반적으로 거의 99%의 전자파가 토치에 사용 있으며 반응기 내의 물리적 내지는 화학적 조건을 조절할 수 된다. 튜너가 없어도 불꽃이 형성되면 90% 이상의 전자파가 있어 필요에 따라 선택적인 합성을 할 수 있는 것이다. 이렇 토치에 사용된다. 기존토치는 전극이 산화될 수도 있어 토치 게 하여 여러 종류의 나노 입자들을 생성할 수 있었다. 가장 [1] 가스에 제한이 있다. 그러나 전자파토치는 무 전극 토치이 쉽게 합성할 수 있는 것은 금속산화물 나노 입자들, 예를 들 기 때문에 어느 가스나 토치가스로 사용할 수 있으며 공기를 어, Fe2O5, TiO2, TiO2-rod, MgO, ZnO, ZnO-rod, TeO2, 사용할 때에 토치 중심의 온도는 섭씨 6000도 이상이 되기 CdO, V2O5 등이며, 복수금속산화물 나노입자는 ZnCdO 등 도 한다. 그림 3에서 보는 것처럼, 토치를 생성하는 반응기의 을 들 수 있다. 금속 질화물 나노입자는 TiN, VN 등이며 구조에 따라 여러 형태의 토치를 만들 수도 있다. 그래서 전 TiOxNy 등의 나노입자도 쉽게 합성할 수 있다. 유기화합물로 자파 토치는 그 용도가 다양하다. 토치 중심에서의 플라즈마 는 Carbon 나노입자와 Carbon 나노 튜브를 실시간으로 합 14 3 밀도는 약 10 입자/cm 이다. 38 성할 수 있다. 위에 열거한 것들이 현재 전자파 플라즈마 토

석영관 내벽 에 접선방향으로 입력가스(Swirl Gas)를 유입하면 석영관 내 벽에 회오리바람이 형성되어 높은 온도의 토치불꽃이 직접 [도파관형] [동축형] 그림 3. 다양한 전자파 토치의 형태. 석영관을 접하는 것을 방지하며 토치불꽃을 안정화하여 토치 가 지속적으로 유지되도록 한다.

라즈마 토치를 형성하고 이 토치불꽃은 회 오리 가스에 의하여 안정을 유지한다. 연 료 주입구를 통하여 주입된 연료는 대부분 탄화수소 화합물로서 5000도의 고온 토치 불꽃을 만나면 순간적으로 분해하게 되고 주위의 산소와 폭발적인 산화를 하여 큰 불꽃을 만들게 된다. 불꽃의 온도는 대부 분 섭씨 15

3 라즈마 토치를 형성하고 이 토치불꽃은 회 오리 가스에 의하여 안정을 유지한다. 연 료 주입구를 통하여 주입된 연료는 대부분 탄화수소 화합물로서 5000도의 고온 토치 불꽃을 만나면 순간적으로 분해하게 되고 주위의 산소와 폭발적인 산화를 하여 큰 불꽃을 만들게 된다. 불꽃의 온도는 대부 분 섭씨 1500도 이상으로서 아주 양질의 플라즈마가 된다. 1.5 kw의 전자파 토치에 연료를 주입 하기 전과 후의 전자파 플라즈마 버너의 불꽃을 관찰하였다. 50 liter per minute (lpm)의 공기가 회오리 가스로 주입되었 그림 4. 전자파 토치를 이용한 각종 나노입자 생산방법. 으며 이때 플라즈마 토치 불꽃은 Stainless 치를 이용하여 합성한 나노입자들이며 앞으로도 많은 신소재 Steel의 튜브입구에까지만 나왔다. 그러나 lpm의 등유 가 선택적으로 합성될 수 있을 것이다. 특이하게 작동되는 전 를 연료로 주입한 후에 불꽃의 지름과 길이는 8 cm와 40 자파 플라즈마 토치를 이용하면 우리가 전혀 예상하지 않은 cm였다. 액체 등유가 5000도가 되는 플라즈마 불꽃을 만나 신소재 화합물이 합성될 수도 있다. 이러한 연구는 재료공학 순간적으로 증발 분해하고 공기 중의 산소와 바로 산화하면 이나 화학공학에 새로운 분야를 제공할 수도 있다. 예를 들어 서 불꽃을 형성한 것이다. 10 lpm의 산소를 첨가하면 불꽃색 이산화 티타늄은 4염화 티타늄에서 시작한다. 액체상태의 4 이 주황색에서 푸른 백색으로 변하는 것을 볼 수 있었는데 염화 티타늄에 아르곤을 보내 4염화 티타늄이 아르곤과 함께 이것은 이 연료가 충분한 산소공급으로 완전연소한다는 것을 전자파 토치 불꽃 속에 들어가게 하고 산소와 질소를 적당히 의미한다. 불꽃의 온도는 섭씨 약 1550도가 되는 것을 볼 수 섞어 반응기 속에 들어가게 하면 그 속에서 질소에 의하여 있었다. 연료는 고체로서 석탄가루, 액체로 경유 또는 등유, Doping된 이산화 티타늄이 생성된다. 이산화 티타늄은 자외 그리고 기체로는 메탄, 프로판, 부탄 등이 사용될 수 있다. 메 선의 촉매로 여러 가지 VOC(Volatile Organic Compound) 탄은 열량이 적기 때문에 도시가스로 사용되며 일반적인 버 를 분해하는 능력이 있다. 그러나 순수 이산화 티타늄은 자외 너로는 섭씨 9백 도 이상이 되지 못한다. 그러나 전자파 플라 선 촉매에 의해서만 VOC를 분해한다. 그런데 적당한 양의 즈마 버너에 메탄이 쓰이면 불꽃 온도가 섭씨 1300도 이상 질소가 그 속에 Doping이 된 이산화 티타늄은 가시광선을 으로 쉽게 올라가는 것을 볼 수 있었다. 다시 말해서 플라즈 촉매로 하여 VOC를 분해하게 된다. 그래서 특수한 자외선 마 버너를 이용하여 저질의 연료를 고품격 연료로 변화하여 램프가 필요 없이 일반적인 가시광선을 촉매로 써서 VOC를 사용할 수도 있다는 것이다. 그리고 메탄의 연소 비는 98% 분해하게 되어 새집 증후군과 같은 환경문제 개선에 사용할 이상이었다. 거의 완전연소를 하는 것이다. 수 있는 이점이 있다. [4] 전자파 플라즈마 토치에서 가장 흥미로운 연구 중 하나는 순수 수증기로 플라즈마 토치를 만들 수 있다는 것이다. 그림 에너지 분야 5는 순수 수증기를 이용하여 발생한 토치불꽃이다.[6] 음양오 행의 상극 (金 > 木 > 土 > 水 > 火 >)설에 의하면, 생명의 원천 실제 환경과 산업분야에 플라즈마 토치를 이용할 때에는 전 인 물은 불을 끄도록 되어있다. 어렵겠지만, 만일 물로 불을 자파 플라즈마 토치의 플라즈마 량이 부족하다는 것을 느끼기 도 한다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 전자파 플라즈마 버너가 개발되게 되었다.[5] 전자파 플라즈마 버너는 전자파 플 라즈마 토치에 일정량의 연료를 주입하여 새로운 불꽃을 만들 [4] Y. C. Hong, C. W. Bang, D. H. Shin and H. S. Uhm, Chem. Phys. Lett. 413, 454 (2005). [5] Y. C. Hong, S. C. Cho, C. U. Bang, D. H. Shin, J. H. Kim, H. S. Uhm, and W. J. Yi, Appl. Phys. Lett. 88, (2006). 고 이 불꽃이 거의 완전연소를 함으로서 얻고자 하는 플라즈 마 량을 대폭 증가시키는 것이다. 마그네트론에서 발진된 전 자파가 도파관을 통하여 Taper된 도파관으로 들어와 고온 플 39

으며 이때 플라즈마 토치 불꽃은 Stainless 치를 이용하여 합성한 나노입자들이며 앞으로도 많은 신소재 Steel의 튜브입구에까지만 나왔다. 그러나 0.025 lpm의 등유 가 선택적으로 합성될 수 있을 것이다.

4 다. 따라서 휴대용 전자파 수증기토치는 탄화수소연료를 개질 할 수 있어 연료전지 등과 같이 수소가 필요한 장치에 이용 될 수도 있다. 환경개선 VOC, 알코올, Carbonyls, Esters, Amines, 황화물질, Mercaptans, Nitrogen heterocycles 등은 악취를 유발하는 것들 로서, 축사, 하수 오물처리, 정유 및 화학공장, 거름저장시설 등에서 배출된다. 이러한 악취는 인간과 더불어 가축에 피해 를 끼치며 악취발생 시설물 주변에 사회적 영향을 미친다. 따 라서 악취를 제거하는 것은 삶의 질 향상에 대단히 중요하다. 화학처리나 기타 기체반응을 활성화하기 위하여 여러 종류의 활성입자를 생성하고 또한 기체 분자를 들뜬 상태로 만들 필 그림 5. 순수 수증기 토치불꽃. 요가 있다. 1기압 상온에서 만들어진 플라즈마 밀도는 그 속 만든다면 이 불은 환경을 개선하고 재생에너지를 창출하는 러한 적은 이온화 율에도 불구하고 플라즈마 입자들은 1 cm 등 여러 응용분야가 있을 것으로 예상된다. 예를 들어 연료전 당 개의 중성입자들 대부분을 여기시키는 능력이 있 지는 미래 자동차의 원동력이 될 것으로 알려져 있으며 이를 다. 중성입자의 전자적인 여기는 화학적 생물학적 반응을 획 위하여 수소를 효율적으로 대량 생산하여야 한다. 특히 수소 기적으로 개선한다. 따라서 대단히 효율적인 화학반응을 도출 는 생산, 관리, 저장 등에 많은 어려움이 있다. 그래서 현재와 할 수가 있어 적은 에너지로 많은 양의 물질을 화학적 또는 가까운 미래에는 화석연료의 수증기 개질에 의하여 수소를 생물학적으로 처리할 수 있다. 그래서 전자파를 이용하여 대 대량생산할 것으로 예상한다. 현재 사용되는 고압 개질은 공 기 중에서 플라즈마를 생성하는 장치 개발이 필요하였다. 전 장규모의 큰 장치에서만 가능하다. 차에 장착할 수는 없다. 자파 플라즈마 토치는 위에 언급한 혐오 오염물질을 제거할 고온 수증기 토치는 고압 개질장치 없이도 화석연료로부터 뿐만 아니라 공장, 세탁소 등의 실내에 존재할 수 있는 여러 수소를 생산하게 될 수도 있다. 이러한 맥락에서 순수 수증기 종류의 유독 물질을 제거하는 데에 이용될 수도 있다. 전자파 토치가 전자파를 이용하여 개발된다. 그림 5는 지름이 3 cm 플라즈마 토치가 공기 청정기로 사용될 수도 있다. 뿐만 아니 이고 길이가 30 cm인 석영관 안에 발생한 수증기 토치를 보 라, 공장에서 배출되어 대기오염으로 온실효과를 유발하고 오 여주고 있다. 전자파 출력이 증가하면 토치불꽃이 길어진다. 존층을 파괴하는 주범인 프레온가스를 제거할 수도 있다. 더 이 수증기 토치는 수증기 발생기에 있는 물탱크의 물이 다 욱 발전하면, 자동차의 배기통에서 나오는 오염물질을 또한 소진될 때까지 2시간 동안 안정하게 작동되었다. 일반적으로 제거할 수도 있다. 에 혼재하는 중성입자 밀도의 1백만분의 1에 불과하지만, 이 3 19 수증기 토치불꽃은 밝고 힌 부위와 붉고 야간 어두운 부위로 한 예로서 전자파 플라즈마 버너를 이용하여 공장 등에서 구분된다. 토치불꽃이 석영관을 데워 석영관 자신이 발하는 나오는 배출가스에 함유된 황화수소와 암모니아를 제거하는 빛 때문에 석영관 내부의 토치불꽃을 사진으로 촬영하기는 실험을 실시하였다. 어려워 그림 5에서는 볼 수 없으나, 육안으로는 불꽃의 두 부 유발 혐오물질이다. 그림 6은 단위부피당 들어간 에너지에 따 위를 선명하게 관찰할 수 있다 (그러나 마치 태양처럼 눈을 른 황화수소와 암모니아 밀도의 감소를 나타낸다. 악취물질의 상할 수도 있으니 주의하면서 불꽃을 관찰해야 한다). 밝고 제거는 X/X0 = exp(-e/β )로 기술되는데, 여기서 X0는 초기 흰 부위는 플라즈마 입자들에 의한 대표적인 토치불꽃이며 오염물질의 농도이고 X는 남아있는 오염의 농도이며 E는 오 어둡고 붉은 부위는 물 분자가 유리되어 발생된 수소가 산소 속에서 다시 타면서 발산하는 대표적인 수소연소 불꽃이다. 수증기 토치 속에서는 대단히 많은 물 분자들이 산소와 수소 로 분해된 것을 이론계산과 측정으로 관찰할 수가 있었다. 수 증기 토치불꽃의 온도는 탄화수소연료를 개질하는데 충분하 40 [7] 황화수소와 암모니아는 대표적인 악취 [6] H. S. Uhm, J. H. Kim, and Y. C. Hong, Appl. Phys. Lett. 90, (2007). [7] Y. C. Hong, D. H. Shin, and H. S. Uhm, Appl. Phys. Lett. 91, (2007).

따 라서 악취를 제거하는 것은 삶의 질 향상에 대단히 중요하다. 화학처리나 기타 기체반응을 활성화하기 위하여 여러 종류의 활성입자를 생성하고 또한 기체 분자를 들뜬 상태로 만들 필 그림 5. 순수 수증기 토치불꽃. 요가 있다.

5 그림 6. 단위부피당 들어간 에너지에 따른 황화수소와 암모니아 밀도감 소. 그림 7. 등유를 연료로 쓴 전자파 플라즈마 버너로 CF4와 SF6 파괴율. 염을 제거하기 위하여 1ℓ당 들어간 에너지이며 β 는 오염물 소 계열 가스를 파괴하고자 하는 연구가 여러 방면에서 진행 63% 감소하는 데 필요한 에너지이다. 이 실험에서 배출가스 되고 있었다. 그 중에 하나가 플라즈마를 이용하여 이 분자들 의 총 유량은 분당 5천 ℓ이었다. 사용된 전자파의 출력은 을 이온화시키고 무해한 다른 분자로 만들어 배출하려는 노 1.4 kw이였으며 플라즈마 버너의 연료로는 메탄과 등유를 력이었다. 종전의 기술은 RF Source를 이용하여 진공 중에 사용하였다. 리터당 들어간 에너지 E 값은 단위시간당 사용 서 이러한 분자를 파괴하는 것이었다. 진공 중에서 이러한 분 된 메탄이나 등유 그리고 전자파의 출력을 합산한 다음, 배출 자를 파괴한다면, 비록 그 방법이 성공한다 하더러도, 진공에 가스 매 리터당 들어가는 에너지로 환산하여 계산할 수 있었 서 실시되고 있는 반도체 공정라인과 함께 부착되어야 하는 다. E 값이 200 J/ℓ일 때에는 이러한 혐오물질이 거의 완전 데, 이로 인하여 이 RF 장비가 다른 반도체 공정장비의 원만 히 제거된 것을 그림 6에서 볼 수 있다. 이 값은 배출가스 유 한 작동을 저해하거나 때론 완전히 마비시킬 수도 있다. 그래 량이 분당 5천 ℓ일 때 시간당 등유 1.4 kg을 사용하는 것에 서 반도체 공정라인과는 무관한 진공 밖 1기압에서 제거작업 해당한다. 그림 6에서 실선들은 악취제거 식 X/X0 = exp(-e/β ) 을 할 수 있는 장치가 필요하게 된 것이다. 뿐만 아니라, 반 의 β 값을 데이터 (점들)에 맞도록 적절히 조절하여 얻은 것이 도체 산업체에서는 산업폐기물로 배출되는 많은 양의 CF4 오 다. 같은 혐오물질을 제거하는데 등유 플라즈마 버너가 메탄 염가스를 처리할 수 있기를 바란다. 그래서 전자파 플라즈마 플라즈마 버너보다 더 효율적인 것을 볼 수 있는데 이는 아 버너를 사용하는 CF4 오염가스를 처리하는 실험을 실시하였 마도 등유 플라즈마 버너의 더욱 높은 온도에서 기인한 것으 다. 로 여겨진다. 암모니아의 β 값이 황화수소의 β 값보다 적다는 로 등유를 시간당 1.1 kg 사용했을 때, 오염된 질소를 전자 것은 암모나아가 더 쉽게 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 파 플라즈마 버너에 주입하고 오염된 질소량에 따른 CF4 파 이 기획된 실험을 통하여 전자파 플라즈마 버너가 공장이나 괴율을 보여주고 있다. 전자파 플라즈마 버너를 이용할 경우 축사 등에서 배출되는 악취혐오 물질을 적절하게 제거할 수 CF4가 분당 60 ℓ의 질소가스에 섞여 나오는 것을 거의 완벽 있다는 것을 보여주고 있다. 하게 제거할 수 있다. 또한 SF6가 분당 140 ℓ의 질소가스에 지구 온난화의 주범 중의 하나가 첨단산업체에서 사용되고 [8] 그림 7은 회오리 가스로 공기와 산소를 사용하고 연료 섞여 나올 때에도 거의 완전히 제거되는 것을 볼 수 있다. 있는 산업기체이다. 그 대표적인 가스가 불화탄소 계열 가스 이다. 예를 들어, CF4 가스는 한번 대기로 방출되면 오랜 세 산업응용 월동안 대기에 존재하면서 지표면에서 방출되어야 할 적외선 을 차단하여 지표의 대기온도가 높아지도록 하는 역할을 하 반도체, 신소재, 집적회로, 태양전지 등의 제품 생산에 플 게 된다. CF4가 대기를 온난화하는 척도는 이산화탄소의 5만 배가 된다. 그래서 산업체에서 사용되고 있는 불화탄소 계열 가스를 대기로 방출하기 전에 완전히 파괴하여 배출하여야 [8] D. H. Shin, Y. C. Hong, S. C. Cho, and H. S. Uhm, Phys. Plasmas 13, (2006). 하는 국제적 규제가 강화되고 있다. 이러한 맥락에서, 불화탄 41

리터당 들어간 에너지 E 값은 단위시간당 사용 서 이러한 분자를 파괴하는 것이었다. 진공 중에서 이러한 분 된 메탄이나 등유 그리고 전자파의 출력을 합산한 다음, 배출 자를 파괴한다면, 비록 그 방법이 성공한다 하더러도, 진공에 가스 매 리터당 들어가는 에너지로 환산하여 계산할 수 있었 서 실시되고 있는 반도체 공정라인과 함께 부착되어야 하는 다.

6 라즈마는 유용하게 쓰이고 있다. 이러한 산업에는 주로 저기 로서 이용될 수도 있다. 압 플라즈마가 많이 이용되며, 대표적인 것들이 축전결합 플 마지막으로 전자파 플라즈마 토치나 버너를 방위산업에 이 라즈마(Capacitively Coupled Plasma), 유도결합 플라즈마 용할 수 있는 가능성을 제시하고자 한다. 전쟁은 인류문명에 (Inductively Coupled Plasma) 그리고 Helicon 플라즈마 등 서 피치 못할 어두운 한 면을 대표한다. 아이러니하게도 전쟁 이다. 그러나 이러한 방식으로 만든 플라즈마는 전기적 효율 무기는 인류 기술문명의 발달에 일정부분 기여도 하지만 대 이 좋지 못하고 고가의 장비를 요구하는 단점이 있다. 위에서 량살상 무기의 개발과 그 위협은 인류의 존속에까지 영향을 언급한 전자파 플라즈마 장치를 저기압에서 사용할 수 있다 미치게 되었다. 국제사회는 핵무기의 위협을 실감하면서 이제 면 효율을 증대시키고 장비를 저렴하게 할 수 있다. 고온의 핵무기 개발에 대한 제동을 걸고 있다. 이에 반해서 이미 과 전자파 플라즈마 토치는 주입된 기체를 대단히 효율적으로 거에 수차례 사용된 바 있는 생물무기에 대해서는 뚜렷한 제 분리 또는 여기하기 때문에 화학적 활성입자를 대량생산할 제가 없는 실정이다. 사실, 생물무기는 인류와 더불어 오랜 수 있는 기반을 조성할 수 있다. 뿐만 아니라, 저기압에서 발 역사를 함께하고 있다. 과거에 전쟁과 테러에서 빈번히 사용 생된 플라즈마 속의 전자들은 비교적 높은 에너지를 가져 플 되었으며 또한 미래에 사용되지 않는다는 확신이 없다. 그래 라즈마 속의 중성입자들을 아주 효율적으로 활성화하게 된다. 서 전자파 플라즈마 버너를 생물무기 방어에 사용할 수 있는 이러한 현상을 관찰하기 위하여 전자파 플라즈마 토치를 저 연구를 수행하였으며 이 플라즈마 버너가 공기 중에 떠있는 기압 챔버에서 구동하였으며, 토치를 통해 챔버에 수집한 기 생물무기의 미생물을 효율적으로 제거할 수 있다는 것을 관 체가 활성화된 것을 관찰하였다. [9] 챔버에 부착되어 있는 진 찰하였다. 이 연구에 대한 더 자세한 내용은 2007년 11월 단 Port를 통하여 챔버 속의 기체를 관찰할 수 있었다. 회오 에 상세하게 보고되었으며, 리 형태로 주입된 가스는 방전관에 발생된 토치를 지나면서 논문을 참조하기 바란다. [10] 독자들은 이 여기되기도 하고 분해되기도 한다. 플라즈마 토치를 지나온 맺 챔버 내의 질소 가스는 약간 푸른 백색 빛을 발하면서 구름 음 처럼 진공펌프 쪽으로 날아가는 것을 관찰할 수 있었다. 토치 를 지나온 산소나 공기는 황백색 빛을 발하면서 구름처럼 펌 휴대용 전자파 플라즈마 토치와 전자파 플라즈마 버너에 프로 날아간다. 이러한 빛은 가스가 플라즈마 토치를 지나는 관하여 기술하였다. 전자파 플라즈마 토치에 관한 이론을 간 동안 높은 에너지 상태로 여기되며 여기된 분자들이 서서히 단히 소개하였고 에너지 효율을 증대하는 전자파 플라즈마 원래 상태로 돌아가면서 발산하는 빛으로 간주된다. 예를 들 버너와 그 성질을 논하였다. 음양오행설과는 대조적으로, 순 어 질소분자는 2.3 ev에 해당하는 준 전위상태가 있으며 이 수 수증기 토치의 발생과 성질을 언급하였으며 전자파 플라 런 여기 상태는 비교적 오래 지속되는 것으로 알려져 있다. 즈마 토치와 버너가 환경개선에 이용될 수 있는 가능성을 제 분자들이 전자파 플라즈마 토치를 통하면서 분리되는 것을 시하였다. 또한 전자파 토치는 디젤엔진에서 배출되는 매연을 좀 더 구체적으로 관찰하기 위하여, 질소 가스에 삼불화질소 효율적으로 제거할 수도 있으며 살인 가스나 세균가스를 공 (NF3)를 섞어 플라즈마 토치 속으로 통과시키는 실험을 실시 기 중에 살포하였을 때에 이를 효율적으로 제거할 수 있는 하였다. 불화질소는 일반적으로 안정한 가스로 알려져 있으며 장치를 개발할 수 있는 가능성도 제시하고 있다. 전자파 플라 불꽃의 높은 온도에도 거의 분해를 하지 않는다. 예를 들어 즈마 토치를 이용하면 1기압 실시간으로 탄소나노튜브를 대 NF3 NF2 + F로 열적 분해를 할 가능성은 거의 없다. 그 량으로 생산할 수도 있다는 것을 보여주고 있다. 마지막으로 러나 이 분해는 272 kj/mole (분자 당 2.8 ev)의 에너지를 저기압에서 발진된 전자파 플라즈마 토치는 화학적 생물학적 필요로 하는 흡열반응이다. 그런데 저기압에서 발생된 전자파 활성입자를 대량생산하여 산업체에서 이용할 수도 있다. 이처 플라즈마 토치 속에는 3 ev 이상의 에너지를 가진 전자들이 럼 광범위하게 사용될 수 있는 전자파 플라즈마 토치는 새로 많이 분포되어 있다. 삼불화질소 1.6 lpm을 17 lpm의 질소 탄생한 기술로서 앞으로 그 쓰임새가 더욱 증가할 것으로 예 에 섞어 1 kw로 발생한 토치 속으로 통과시켰다. 이때 챔버 상된다. 이 연구에 더 많은 과학자들이 참여하여 미래에 더욱 의 압력은 15 Torr였다. 예상한 대로 대부분의 삼불화질소가 큰 성과를 얻기를 기대한다. 토치를 통과하면서 사라졌다. 사라진 삼불화질소는 많은 불소 원자나 불소분자를 발생한 것으로 여겨진다. 이처럼, 저기압 에서 발진한 전자파 플라즈마 토치는 화학적 생물학적 활성 입자를 대량 생산할 수 있어 산업체에 필요한 플라즈마 장치 42 [9] H. S. Uhm, S. C. Cho, and Y. C. Hong, Appl. Phys. Lett. 93, (2008). [10] H. S. Uhm, 16(11), 22 (2007).

위에서 량살상 무기의 개발과 그 위협은 인류의 존속에까지 영향을 언급한 전자파 플라즈마 장치를 저기압에서 사용할 수 있다 미치게 되었다. 국제사회는 핵무기의 위협을 실감하면서 이제 면 효율을 증대시키고 장비를 저렴하게 할 수 있다. 고온의 핵무기 개발에 대한 제동을 걸고 있다.

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