[기획특집]학부생 연구 프로그램
[기획특집]학부생 연구 프로그램
  • 김가영 기자
  • 승인 2010.03.03 15:49
  • 댓글 0
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21세기 창조적 글로벌 인재로...

글로벌 기업과 함께하는 사이언스 페스티벌

 

창조적 미래 고급 과학기술인력 양성

우리대학은 지난해 ‘글로벌 기업과 함께하는 포스텍 사이언스 페스티벌’을 개최함으로써 글로벌 기업과의 적극적인 인적 네트워크 형성과 더불어 취업관련 사업의 질적 향상을 도모하고자 했다. 이는 2008학년도까지 독립된 사업으로 추진되어 온 △학부생 연구 프로그램과 더불어 △취업관련 기본교육 △글로벌 기업의 국내 및 해외 법인 탐방 프로그램 △글로벌 기업의 취업 설명회 등의 사업들을 상호 유기적으로 결합한 새로운 형태의 프로그램이다. 기존의 학부생 연구 프로그램에서 4가지 사업을 결합한 형태로 확장함에 따라 더 강한 시너지 효과가 일어날 것을 기대하고, 기업과 대학ㆍ학생 간의 교류를 강화하고자 했다.

이전부터 시행되어 온 학부생 연구 프로그램은 학부생들에게 전공 또는 전공 이외의 분야에서 자발적인 방법으로 아이디어를 찾게 하고, 학부생이 연구 책임자가 되어 본인의 아이디어를 직접 실전에 옮겨볼 수 있는 기회와 여건을 제공하는 것이 목적이다. 이를 통해 연구 계획서 작성, 연구 수행, 보고서 작성 및 발표 등 연구 경험과 응용기술을 습득할 수 있도록 하는 것이다.

2009학년도 학부생 연구 프로그램은 9월 중순부터 시작하여 올해 2월 중순까지 5개월에 걸쳐 시행되었고, 연구결과 발표회도 개최되었다. 총 49개의 과제가 진행된 가운데 이학 분야에서 홍인호(물리 06) 학우, 공학 분야에서 이미경(화공 06) 학우가 최우수논문상을 수상했으며, 예영진(화공 04)ㆍ우성훈(신소재 07)ㆍ윤진성(기계 05)ㆍ최종철(기계 06) 학우가 우수논문상을 수상했다.

반면 새롭게 시행된 글로벌 기업의 국내 및 해외 법인 탐방 프로그램은, 미래 글로벌 고급 과학기술인력에 걸맞는 국제적인 안목을 향상시킴과 동시에 실질적인 진로 탐색의 계기를 마련하기 위해 실시되었다. 학부생 연구 프로그램에 참여한 학생들을 대상으로 1월 30일~2월 7일 미국(26명), 1월 31일~2월 8일 유럽(30명)에서 진행되었다.

이러한 사업 추진과 함께 취업과 관련한 기본 소양 함양에서부터 취업정보 수집, 연구 계획서 및 보고서 작성ㆍ발표, 글로벌 기업 현장 탐방을 통한 실질적인 진로탐색 등이 동시에 가능하도록 함으로써 개인이 희망하는 진로를 탐색하고 글로벌 기업의 취업 조건에 유리한 방향으로 경험이 축적되도록 하는 것이 이 행사의 목적이었다. ‘사이언스 페스티벌’을 통해 다양한 프로그램을 경험하고, 미래 창조적인 고급 과학기술인력으로 성장할 수 있는 계기를 마련하고자 했다.

여러 가지 다양한 사업을 통해 새롭게 시도해 본 ‘사이언스 페스티벌’은 나름대로 소기의 성과를 거둔 것으로 판단되지만, 다소 미진했던 부분을 찾아 면밀하게 분석하고 철저하게 보완하여 보다 효과적인 사업이 될 수 있도록 노력할 예정이라고 한다.

포항공대신문사는 이번 호에 이학 분야 최우수논문상 수상작인 ‘MIR 장치의 광학적 특성 결정’과 미국과 유럽의 글로벌 기업 탐방기를 싣는다. 공학 분야 최우수논문상인 ‘자기조립단분자막을 이용한 초발수성 WOx 표면의 UV/열적 안정성 및 동적환경 특성 변화 연구’는  수상자의 해외체류 관계로 이번호에 싣지 않는다.

김가영 기자 kimka13@

최우수논문상(이학 분야)  수상작

 

 

 

MIR 장치의 광학적 특성 결정

최근 화석연료 매장량의 한계와 환경에 미치는 악영향으로 인하여 대체 에너지 개발의 필요성이 부각되어, 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있다. 핵융합 발전은 태양과 같은 별들에서 일어나는 핵융합 반응을 인공적으로 일으켜서 에너지를 얻는 방법이다. 원자력 발전이 핵분열 과정에서 질량 결손에 해당하는 만큼 발생된 에너지를 이용하는 것과 비슷하게, 핵융합 발전에서는 수소의 핵융합 과정에서 나오는 에너지를 이용한다. 바다에서 쉽게 얻을 수 있는 수소를 이용하기 때문에 연료의 양이 거의 무한하고, 핵반응의 결과물이 헬륨이기 때문에 방사능 폐기물에 대한 걱정이 없다.

하지만 지상에서 이러한 핵융합 반응을 일으키고 유지하는 것은 무척 어려운데, 이는 태양과 같은 고온의 상태(∼107K)를 유지하면서 물질을 가두기 힘들기 때문이다. 이 정도 고온에서는 물질이 원자 상태로 존재하지 못하고 원자핵과 전자로 쪼개지는데 이를 플라즈마라고 하고, 플라즈마는 대전된 상태를 유지한다. 만약 자기장을 도넛 모양으로 걸어 주면 플라즈마는 자기장을 따라 돌면서 갇혀 있게 된다. 이러한 원리로 플라즈마를 가두고 핵융합 반응을 일으키는 장치를 ‘토카막’이라고 부른다. 우리나라는 2007년 9월 최첨단 토카막인 ‘KSTAR’를 완공하여 연구를 진행하고 있다.

고온으로 인해 토카막 안의 플라즈마는 요동치면서 밀도가 변화한다. 플라즈마는 대전된 입자이기 때문에, 요동치다 보면 주변의 전ㆍ자기장에 영향을 주게 되고 안정적인 상태를 무너뜨리게 된다. 이로 인해 잘 갇혀 있던 플라즈마가 빠져나가게 되고(플라즈마 수송), 에너지도 함께 손실된다. 태양과 같이 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 플라즈마를 잘 가두어 두는 게 중요한데, 이처럼 플라즈마가 빠져나가는 현상은 대단히 심각한 문제이다. 이러한 원리에 대해 플라즈마 이론에서 많은 모델이 있지만, 실험적 검증이 부족하다. 따라서 전자의 밀도 요동을 효과적으로 진단하는 것은 학문적으로 중요한 의미를 갖는다.

밀도 요동 현상을 진단하기 위하여 개발된 장치 중 하나가 마이크로파 반사계(Microwave Reflectometry)다. 이는 플라즈마에서 파동이 전파될 때 특정 밀도에서 반사되어 나오는 성질을 이용한다. 반사가 일어나는 면을 차단면(cutoff layer)이라고 부른다. 반사파의 위상을 측정하면 반사면의 모양을 실시간으로 알 수 있으므로, 이를 이용하여 전자의 밀도 요동을 측정할 수 있다.

만약 플라즈마가 반경 방향의 1차원 요동만을 한다면 단순한 마이크로파 반사계로도 쉽게 측정이 가능하다. 그러나 실제로 플라즈마는 반경 방향과 극각 방향의 2차원적인 요동을 하기 때문에 반사면이 고르지 못하여, 반사파가 사방으로 흩어지고 간섭을 일으켜 측정이 어려워진다. 이를 보완하기 위하여 MIR(Microwave Imaging Reflectometry)이 개발되었다. MIR은 큰 광학기구를 이용해 마이크로파를 동시에 플라즈마의 차단면에 수직 입사시키고, 반사파를 다시 모아서 검출기에 차단면의 이미지를 복원시킨다. 이때 원형의 플라즈마 차단면의 곡률과 입사파의 파면의 곡률을 일치시키는 것이 대단히 중요하다. MIR은 동시에 여러 점의 극각 방향의 밀도 요동을 측정할 수 있기 때문에 2차원적 요동을 분석할 수 있게 된다. 또한 흩어지는 반사파를 최대한으로 모아 손실되는 정보를 줄일 수 있다. 이 장치를 통해 재래식 반사계의 한계를 극복하여 좀 더 극각 방향의 확실한 밀도 요동을 측정할 수 있다.

이번 연구는 KSTAR에 설치될 MIR 장치의 설계를 위한 선행연구로서, 이전에 독일  TEXTOR 토카막에 설치되었고 현재 포스텍 핵융합 플라즈마 진단 및 정상운전 연구센터에 설치되어 있는 MIR 장치를 이용하여 MIR의 광학계의 특성에 대한 실험실에서의 테스트를 진행했다. 연구 결과는 크게 △광학계 분석을 위한 계산방법 마련 △기존 MIR 장치의 문제점 수정 △반사면과 파면의 일치 확인 등 셋으로 나뉜다.

광학계의 특성을 알기 위해서는 빔 소스에서 나온 빔이 광학계를 거친 뒤 얼마나 퍼지는지(혹은 모이는지)를 측정하면 된다. 분석을 위해 해석적인 계산방법을 마련했고, 단순한 광학계를 이용한 실험을 통해 이 계산이 타당함을 검증했다.

계산방법을 확실히 검증하기 위해 TEXTOR MIR에서 빔이 퍼지는 정도를 이전에 측정한 결과를 가지고 분석해보았다. 계산은 실험결과와 잘 일치되었으나, 한 가지 큰 문제점이 발견되었다. 플라즈마에 입사된 빔이 차단면에서 반사되어, 이를 다시 잘 모으기 위해서는 차단면의 곡률과 입사파의 곡률이 일치되어야 한다. 그런데 TEXTOR MIR의 세팅에서는 입사파의 곡률이 차단면의 곡률보다 항상 커서 일치시킬 수 없다는 것이 계산을 통해 드러났다. 렌즈를 새로 제작하여 교체함으로써 이 문제를 해결했다.

그리고 나서 MIR 장치의 광학계가 반사면과 파면을 잘 일치시킬 수 있는지 확인하는 실험을 진행했다. 실험실에 토카막을 가져다 놓을 수 없기 때문에, 원형으로 굽힌 금속판을 부착한 반사체를 이용하여 플라즈마의 차단면을 대신해 실험했다. 만약 서로 다른 곡률을 가진 반사체에 맞고 빔이 반사된다고 해도, 빔이 반사될 때 반사체의 곡률과 입사파의 파면의 곡률이 일치된다면 빔은 항상 들어왔던 경로로 다시 되돌아 나가게 된다. 이때 검출기에서 측정한 빔이 퍼지는 정도도 같게 된다. 실험 결과, 작은 오차 범위 안에서 서로 다른 반사체에서 반사된 빔이 거의 같은 크기로 측정되었다.

이상의 내용이 이번 학부생 연구 프로그램에 참여하면서 연구한 결과이다. 다시 정리하면, MIR의 광학계의 해석적 계산 방법을 마련해고, 기존 MIR 장치의 중요한 문제점을 찾아 수정했으며, 곡률 일치 문제에 대해 긍정적인 결과를 얻었다. 현재 요동이 있는 면에서 산란된 빔을 효과적으로 모으는 문제에 대해 연구하고 있으며, 이후 위상 분석을 위한 장치를 설치하고 실험할 것이다. 지금까지의 연구를 통해 KSTAR에 설치될 MIR 장치의 설계를 위해 필수적으로 고려돼야 할 사항 몇 가지가 밝혀졌고, 설계의 기초가 되는 이론적 계산 방법이 마련되었다는 점에서 의미가 있다.                                                      

                                                                                                                                   홍인호 / 물리 통합10

글로벌 기업 탐방 - 미국

▲ 시스코가 새롭게 제공하는 화상회의 서비스인 Tele-presence.


세계시장의 치열한 경쟁 몸소 느껴

7박 9일의 짧은 기간이었지만 미국의 선진 기술을 보고 많은 것을 느낄 수 있었다. 인천을 출발해 처음 도착한 곳은 시애틀이었다. 우리는 시애틀에서 세계 2위의 항공기 생산업체인 보잉과 유일무이의 소프트웨어 개발 업체인 마이크로소프트 본사를 방문했다. 보잉에서는 항공기가 만들어지는 과정을 실제 조립라인을 통해 볼 수 있었다. 첨단과학이 모두 집약되어야만 완성될 수 있는 우주항공기술의 산실을 조금이나마 엿볼 수 있었다. 마이크로소프트사에서는 단지 정보센터(Information center)를 둘러보는 것으로 그쳤는데, 미국 기업 특유의 자유스러움을 느낄 수 있었다.

시애틀을 뒤로 하고 향한 곳은 샌프란시스코였다. 샌프란시스코에서는 미국의 첨단 연구단지인 실리콘밸리와 이곳에 있는 글로벌 기업을 탐방했다. 그 중에서 기억이 남는 곳은 시스코사(CISCO Systems)와 구글(Google)이었다. 시스코는 세계최대의 네트워크 장비와 솔루션을 제공하는 업체로, 네트워크 계열에서는 거의 독보적인 회사다. 여기서 우리는 시스코가 새롭게 제공하고 있는 Tele-presence라는 서비스를 실제로 체험해보았다. ISP(Internet Service Provider)가 제공하는 초고속 회선을 이용한 이 솔루션은 화상회의 등에서 사용자의 QoS(Quality of Service)를 완벽하게 만족시켜준다. 사실 시스코는 네트워크 장비, 즉 하드웨어로 세계 시장을 석권한 기업이다. 이러한 기업이 이제 하드웨어 자체만이 아니라 그것을 이용한 솔루션이나 소프트웨어 솔루션으로 사업 분야를 옮겨가고 있다는 것을 느꼈다.

IBM도 마찬가지다. IBM도 거대 하드웨어 업체였으나 여러 가지 솔루션을 제공하는 업체로 변모했다. 이는 세계적으로 하드웨어 시장보다 소프트웨어와 하드웨어를 이용한 솔루션 즉, 사용자가 직접 사용하는 어플리케이션 쪽으로 시장이 더 크게 형성되고 있음을 의미한다. 우리나라도 이러한 세계적인 동향에 발맞추어 하드웨어는 물론 소프트웨어 시장에 더 큰 초점을 맞춰야하지 않겠냐는 생각을 해보았다.

다음으로 인상 깊은 방문지는 구글이었다. 우리가 방문한 구글 본사에는 두 명의 한국인이 있었고, 두 명 모두 자랑스러운 우리 동문 선배님이었다. 선배님이 없으면 구경할 수 없는 곳도 자유롭게 견학할 수 있었다. 구글은 손가락 안에 꼽을 수 있는 세계 최대의 기업이다. 이곳은 외국계 기업에서 느낄 수 있는 자유로움을 뛰어넘는 개방성이 존재하는 공간이었다. 사무실 환경이라고는 보기 힘들만큼 자유롭고 열려있었으며, 조금 과장하자면 일종의 놀이터라고 봐도 무방할 것이다. 이러한 노는 듯한 환경에서 회사의 엄청난 이익을 창출한다고 생각하니 왠지 이성적으로는 불가능해보였다. 하지만 이들의 가장 큰 무기는 창조적인 생각이다. 우리가 이용하는 gmail, google maps 등의 서비스들은 이들의 주 업무가 아닌, 즐기면서 생각해 낸 아이템들이다. 구글은 그들이 지향하는 환경에서 사원들의 흥미를 유발시키고, 일을 일이 아닌 것처럼 즐길 수 있게 만들어준다. 이것이 구글이 세계적인 기업으로 성장한 원동력이지 않을까 생각했다.

이번 탐방을 통해서 우리나라의 과학기술이 나아가야 할 길이 아직 멀고도 험하다는 것을 다시금 느끼게 되었다. 또한 세계의 수많은 인재들이 경쟁하고, 치열하게 우위를 선점하려고 애쓰고 있다는 것 또한 몸소 느낄 수 있었다. 세계의 수많은 경쟁 속에서 우리 포스테키안들이 힘을 합치고, 우리나라의 과학과 미래를 위해서 힘써야 되지 않을까 하는 생각을 다시금 하게 되었다.

이준수 / 컴공 06

글로벌 기업 탐방 - 유럽

최고의 연구-발표-견학 경험

▲ 독일 뮌헨에 위치한 BMW 본사 앞에서.

인천공항을 출발해 늦은 저녁이 되어서야 런던에 도착했다. 밤이었지만 런던의 명소를 몇 군데 돌아보았다. 회전 관람차인 ‘런던 아이’와 아이작 뉴턴을 비롯한 여러 유명인들의 묘비가 있는 웨스트민스터 사원, 그리고 국회의사당 건물 주변에서 야경을 보았다. 런던 아이는 커다란 바퀴를 오직 와이어만으로 지지하고 있었다. 이는 그 당시 영국의 기술을 보여주는 것으로, 여기에 굉장한 자부심을 가진다고 한다.

이튿날 영국의 베제드(Bed zed Center)를 방문했다. 베제드는 친환경적인 주거단지를 건설하고 홍보하는 단체다. 친환경 주거 형태가 어떤 방식으로 환경보호를 하는지 직접 볼 수 있었는데, 베제드의 아이디어는 간단하면서도 핵심적이었다. 에너지 소비를 최소화하는 것이다. 벽 두께를 두껍게 하고 창이나 문과 같은 부분에서 효과적으로 단열시키면 태양광과 집 안에서 발생하는 열만으로 난방이 가능하다. 지붕에 달린 관으로 바람이 드나들어서 여름에는 냉방기 없이도 보낼 수 있다. 영국 정부에서는 베제드의 주거 형태를 확대시키기 위해 제도적으로 지원하고 있다. 환경 문제는 더 이상 미룰 수 없는 것이어서 정부차원의 관심과 노력이 크다는 것을 알 수 있었다. 오후에는 두산중공업 런던사업장을 방문했다. 이곳에서 두산중공업에 대한 간단한 소개를 듣고, 두산중공업과 많은 교류가 있는 부근의 발전소를 견학했다. 오래된 발전기를 폐쇄시키지 않고 견학장소로 만든 덕분에 보일러 내부까지 직접 볼 수 있었다.

둘째 날 일정을 마치고 해저터널을 지나는 유로스타를 타고 벨기에로 향했다. 다음날 벨기에 수도 브뤼셀에 있는 두산인프라코어 사업장을 방문했다. 두산인프라코어는 공격적인 M&A로 회사의 성장을 이뤄낸 것으로 유명하다. 두산인프라코어는 인프라 구축을 위해 여러 장비를 공급하는데, 우리는 그 중에서도 중장비의 생산 라인을 보았다. 공장 규모가 우리나라의 인천공장보다 조금 작다고 하니 해외에서도 상당히 인정받는 것 같았다. 현지 직원들과 우리나라에서 파견된 직원들과 점식식사를 하면서 다양한 이야기를 나누는 뜻 깊은 시간을 보냈다. 직원들의 배려로 벨기에에서 유명한 초콜릿과 티라미스 케이크도 맛볼 수 있었다.

프랑스로 이동하여 넷째 날에는 파리공대를 방문했다. 파리공대는 오래된 역사를 자랑하는 대학으로, 프랑스의 유명한 그랑제꼴의 하나다. 고풍적인 건물과, 대학에서 배출한 유명한 인재들이 머물렀던 자리에 서있는 것만으로도 대학의 위상을 짐작할 수 있었다. 오후에는 마이크로소프트 프랑스지사를 방문했다. 마이크로소프트에서는 일하는 공간부터 자유로운 분위기였다. 책상이 개방되어 있고 복장도 자유로웠다. 또한 소프트웨어의 첨단을 달리는 회사라서 업무용으로 사용하는 커뮤니케이팅 소프트웨어도 잘 구축되어 있었다.

TGV를 타고 스위스의 제네바로 향했다. 유럽에서는 가끔 있는 일인데, 이날도 철도회사가 파업해서 우리들이 무거운 가방을 끌고 허둥지둥 돌아다니면서 고생했다. 다음날 아침, 제네바의 CERN 입자가속기를 견학했다. CERN 가속기는 힉스 보존(Higgs boson)의 존재를 확인하기 위해 입자를 충돌시키는 실험을 하는 곳이다. CERN의 연구원에게 장비와 물리학적인 의미에 대한 설명을 들을 수 있었다.

이후 제네바의 유엔센터와 독일의 BMW 공장, 과학박물관, BENZ박물관을 방문했다. 아흐레 동안 일곱 도시를 방문하는 바쁜 일정에 몸은 지쳤지만 어디에서도 경험하기 힘든 많은 것들을 직접 보고 느꼈다. 이번 프로그램을 통해 연구ㆍ발표와 견학에 대한 최고의 경험을 할 수 있었다.

홍미선 / 화학 통합10


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