기술동향
/작성자:

비결맞음 조작 조건에서의 양자상태 전환 구현

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 폴란드 바르샤바대학교(University of Warsaw)/독일 울름대학교(University of Ulm) 이론물리학자와 공동으로 최초로 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 실험설계를 통해 이를 검증하였다. 해당 성과는 "npj Quantum information"에 게재되었다. 최근 엄밀한 양자결맞음성 정의의 제안은 양자결맞음성 자원이론의 발전을 촉진하고 있다. 양자중첩성(quantum superposition)을 정량화하는 양자결맞음성은 양자물리/양자정보학의 핵심으로서 다양한 양자임무(예를 들면, 양자컴퓨팅, 양자통신 등) 수행에 중요한 응용가치가 있다. 연구팀은 비결맞음 조작 조건에서의 큐비트 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 해당 결과를 분산시스템(distributed system) 결맞음 전환 연구에 확장시킴으로써 이체(two-body) 순수상태(pure state)의 보조적 전환을 완전히 해결함과 아울러 혼합상태(mixed state)의 보조적 전환도 일부분 해결하였다. 연구팀은 상기 이론적 작업을 토대로 일련의 실험을 설계해 이를 검증하였다. 연구팀은 큐비트를 광자의 편광상태(polarization state)에 인코딩하여 최초로 완전 광학적 엄격한 비결맞음 조작장치를 설계하였다. 또한 단일큐비트/분산시스템에서 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환을 고충실도로 구현하였다. 실험 결과, 광학기술을 이용해 양자상태의 비결맞음 조작 조건에서의 전환연구를 쉽게 수행할 수 있었다. 이는 구체적인 응용에서 기존의 광학기술로 결맞음성 전환을 구현하는데 기반을 마련하였다.

무한대학 위성항법기술연구센터, 일본 동북부 동쪽으로 2m 이동 정확히 측정

/
무한대학 위성항법기술연구센터 스촹따이(施闯带) 교수 과제팀은 일본 지진 발생 직후 일본 경내의 GPS 데이터를 정밀 처리, 분석하여 지진 발생 시의 지면진동 상태를 정확하게 계산했다. 지진 발생 시 수평방향으로 두 번이나 강한 진동이 있어 일본의 GPS관측소 MIZU기지가 동쪽으로 2m, 남쪽으로 1m 이동했다. 이 계산결과는 국제 지질연구 웹사이트(Supersites)에 게재되어 지진학 연구와 지진피해방지를 위한 중요한 자료를 제공했다.   이 사업은 무한대학이 수행한 863계획 ‘광역 실시간 정밀 위치 확인 기술 및 시범체제’과제와 자체 개발한 PANDA(Position And Navigation Data Analyst) 소프트웨어 등 두 개의 성과를 바탕으로 한 것이다. 무한대학의 PANDA 소프트웨어 계산결과는 미국이나 독일 등 세계 유명 관계 기관에서 동시에 발표한 일본 센다이 지진 관련 데이터결과에 비해 조금도 손색이 없다. 유럽우주국(ESA) 전문가는 PANDA 소프트웨어 결과를 수준 높은 과학적인 공헌이라고 평했다.

중국과학원과 중국우주과기집단공사 협력협정 체결에 합의

/
3월 24일, 바이춘리(白春礼) 중국과학원 원장은 마싱루이(马兴瑞) CASC(중국항천과기집단공사) 대표를 만나 앞으로 첨단기술분야를 중심으로 협력을 강화해나갈 것을 밝혔다. 이 자리에는 인허쥔(阴和俊) 중국과학원 부원장, 리즈강(李志刚) 중국공산당중앙기율검사위원회 중국과학원 주재 기율검사팀 팀장, CASC 레이판페이(雷凡培)와 위엔쟈쥔(袁家军) 부총경리 및 왕리헝(王礼恒) 고문 등도 참석했다. 바이춘리(白春礼) 원장은 중국과학원과 CASC 간의 다년간 협력성과를 소개하고, 현재 중국 정부가 전략적으로 육성하고 있는 첨단기술 분야를 중심으로 향후에도 협력을 확대해나가고 싶다는 뜻을 밝혔다. 이어 그는 류옌둥(刘延东) 국무위원이 중국과학원 간부대회에서 강조한 지식혁신체계와 기술혁신체계를 유기적으로 결합시켜 효과적인 관산학연 협력체계를 구축해야 한다는 발언을 인용, 중국과학원과 CASC 간 협력은 과학, 기술, 공정 분야 협력이자, 연구기관과 기업 간 협력, 지식혁신체계와 기술혁신체계 간 협력, 인력분야 협력으로서 정부의 의지와도 잘 맞물린다고 했다. 마싱루이(马兴瑞) 대표는 CASC가 설립된 이래 중국과학원으로부터 많은 지원을 받아왔으며 앞으로 우주분야에서 지속적으로 협력을 강화해 중국을 우주대국에서 우주강국으로 도약시키는데 힘을 합칠 것을 다짐했다. 또한 CASC는 정부의 우주과학 선도 전문프로젝트를 적극 지원한다는 지적이다. 이날 회의에서 중국과학원과 CASC는 전략적 협력협정을 빠른 시일 내에 체결하기로 의견을 모았으며 톈징(田静) 중국과학원 첨단기술국 국장은 우주과학의 전략적 선도기술 전문프로젝트를 소개했다.

중국 국산 AP1000 원자력발전소 증기발생기 생산 개시

/
최근 하얼빈전기설비그룹(HPEC) 산하 친황도우(秦皇島)중형장비유한공사가 중국 최초의 국산 AP1000 원자력발전소 증기발생기 생산을 개시하였다. 중국 장비제조업의 최고수준을 대표하는 이 증기발생기가 향후 사용에 투입되면 원전 국산화율이 기존의 50% 미만에서 100% 가까이 향상될 것으로 기대된다. AP1000은 3세대 원전기술로서 현재 세계에서 가장 앞서가는 원전기술로 알려지고 있다. 현재 보편적으로 사용되고 있는 2세대 가압수형 원전기술에 비하면, 이번에 생산한 AP1000 원전증기발생기는 수동안전시스템(Passive safety system)을 사용했기 때문에 더욱 높은 안전성능을 보유하게 된다. 하얼빈전기설비그룹(HPEC) 당서기이자 원전전문가인 왕서우거(王守革) 박사는, 일본 후쿠시마 원전사고의 주요 원인을 정전 후 작동을 멈춘 냉각시스템으로 꼽았다. 그렇지만 AP1000 원전증기발생기는 유사한 상황이 발생할 경우 전체 노심이 스스로 자동냉각하므로 다른 어떤 에너지원도 필요하지 않다고 한다. 안전성이 한층 개선된 이 증기발생기는 원전의 사용수명도 기존의 40년에서 60년으로 연장시킬 것이다. AP1000 원전증기발생기는 세계 최고의 압력설비 제조기술을 대표하며, 원전의 국산화를 실현하는데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 이 제품의 핵심기술은 줄곧 프랑스와 미국 등의 선진국에서만 확보하였지만, 친황도우(秦皇島)중형장비유한공사에서 도입-소화-흡수 과정을 통해 여러개의 기술적 난관을 해결하였다. 왕서우거(王守革) 박사에 의하면, AP1000 원전증기발생기는 중국이 추진한 설비제조프로젝트 가운데서 기술이 복잡하고 난이도가 높은 대표적인 첨단기술설비에 속한다.

중국의 원전 중대전문프로젝트 순조롭게 추진중

/
3월 26일 중국과기부에서 입수한 정보에 따르면, 중국의 원전 중대전문프로젝트가 현재 순조롭게 진행중이며, 일부 핵심과제에서는 획기적인 성과를 이룩하였다. 원전 중대전문프로젝트는 가압수형 원자로, 고온가스냉각로와 사용후핵연료 후처리로 구성되었다. 그중 가압수형 원자로 전문프로젝트는 95건의 과제를 포함하고, 119억 2,400만 위안의 재정예산이 책정되었다. 고온가스냉각로 전문프로젝트는 52건의 과제를 포함하고, 30억 위안의 예산이 책정되었다. 사용후핵연료 후처리 전문프로젝트는 전체적인 실시방안이 기본적으로 완성된 상황이다. 국가원전기술유한공사(SNPTC)가 주도하는 가압수형 원자로 전문프로젝트는 AP1000 원전기술을 소화흡수하고 재혁신하여 더욱 큰 출력의 CAP1400 원전기술을 개발해서, 자체 지재권을 가진 시범공정을 추진하는 것을 총 목표로 하였다. 이 프로젝트는 AP1000 원전기술을 토대로 여러건의 핵심기술을 집중적으로 개발함으로써 CAP1400의 개념설계를 완성하였다. CAP1400 원전기술은 안전성과 경제성의 향상을 주요 목표로 해서 패시브기술(passive technology)을 대량 사용하고, 대형 사고의 예방과 완화조치를 보완하였을 뿐만 아니라, 고성능 핵연료집합체, 첨단 노심설계, 모듈화 설계 및 건설기술을 사용함으로써 출력을 AP1000 보다 약 20% 향상시킬 예정이다. 고온가스냉각로 전문프로젝트는 현재 가동중인 10MW급 고온가스실험로를 토대로 고온가스냉각로 원전 건설에 필요한 핵심기술을 집중적으로 개발하는 동시에 20만KW급의 고온가스냉각로 시범원전을 건설해서 독자적인 지재권을 형성하는 것을 전체적인 목표로 하였다. 아울러 헬륨가스터빈을 이용한 직접순환 발전과 고온가스냉각로를 이용한 수소생산 기술을 연구해서 4세대 원전기술 발전기반을 마련한다는 목표도 있다. 이 프로젝트의 주관기관은 칭화(清華)대학 핵연구원, 스도우완(石島灣)원전유한공사, 중허(中核)에너지과기유한공사이다. 고온가스냉각로는 구형 연료소자를 사용하고, 헬륨을 냉각제로 하였으며, 노심의 출구온도는 700~950℃를 유지하였다. 현재 이 전문프로젝트는 과학연구, 설계, 설비, 공정현장 등에서 중요한 진전을 보였다. 표준모델 설계연구, 대형 공정시험을 위한 시험설비의 설계가 끝났으며, 핵심기술에 대한 집중개발을 추진중이다. 대형 헬륨가스공정을 위한 시험설비를 완공하고, 연료소자의 양산을 위한 공법시스템도 단계적 성과를 이룩하였다. 시범공정을 위한 주설비의 발주를 마쳤고(자국산 설비), NI(nuclear island)설비는 콘크리트를 주입할 수 있는 조건을 갖추었다. 사용후핵연료 후처리를 위한 전문프로젝트는「중국 위주의 대외 협력」을 통해 핵심기술을 개발하고, 상용 원전의 사용후핵연료 후처리기술을 전면적으로 확보하는 동시에, 대형 상용 원전 사용후핵연료 후처리 시범공정을 추진해서 밀폐 사이클의 연료순환을 실현하는 것을 총 목표로 하였다.

세계 최대 이중구동형 볼분쇄기 시운전에 성공

/
최근 세계 최대 이중구동형 기어전동 볼분쇠기가 중신중공기계주식유한공사(中信重工)에서 시운전에 성공하고, 1개월 앞당겨 중국황금그룹공사에 납품되었다. 이번에 납품한 Φ11×5.4m 반자동 분쇄기와 Φ7.9×13.6m 볼분쇄기는 중신중공이 중국황금그룹 우산(乌山) 2기공사 프로젝트를 위해 제조한 것이며, 이 프로젝트는 중국황금그룹공사가 내몽고 후룬베얼(呼伦贝尔)시와 실시한 전략적 협력 중점공정이다. 중신중공과 중국황금그룹공사 간 협력은 2007년 우누거투산(乌努格吐山)프로젝트 1기공사에서 시작했다. 중신중공은 그 중의 핵심장비인 Φ8.8×4.8m 반자동 분쇄기와 Φ6.2×9.5m 오버플로 볼분쇄기를 각각 두 대씩 설계 및 제조하는 임무를 맡았다. 현재 이 4대의 초대형 분쇄기는 내몽고 우누거투산 구리-몰리브덴 광산에서 생산운영에 투입되었다. 반자동 분쇄기와 볼분쇠기의 설계 처리능력은 한 시간당 625톤, 하루당 1만 5,000톤이다. 운행 중인 실제 처리능력은 한 시간당 745톤이고, 하루당 1만 7,800톤으로 계획의 20%를 넘어섰다. 광산용 분쇄기의 설계 및 제조에서 중신중공은 모델 선정, 설계, 생산제조, 조립, 공장 내 시운전, 현장 설치, 납품을 일체화로 사용자를 위해 완전한 솔루션을 제공해줄 수 있는 세계 유일의 기업이다. 중국기계산업연합회 양쉐퉁(杨学桐) 부회장은 중신중공이 연산 200대 이상인 중형 분쇄기 제조능력을 지녔으며, 국내외 사용자를 위해 직경이 8-12.2m인 대형 자동분쇄기와 반자동분쇄기, 그리고 직경이 4-7.9m인 볼분쇄기를 제공할 수 있다고 소개했다. 중신중공이 설계 및 제조한 자체 지재권을 보유한 다양한 광산용 분쇄기는 중국 각지에 널리 판매되었는가하면 호주, 브라질, 러시아를 비롯한 세계 20여 개 국가에 수출되었다.

고성능 리튬이온전지 전극재료 최신 성과

/
전자제품, 전기자동차와 에너지분야의 발전에 적응하기 위해서는 보다 높은 에너지밀도, 출력밀도, 순환횟수와 안전성능의 리튬이온전지의 개발이 급선무가 되고 있다. 그중 고용량, 고배율성능과 순환안전성능을 지닌 전극재료의 개발은 핵심이 되었고 또한 연구의 난제가 되었다. 국가자연과학기금위, 과기부와 중국과학원의 지원을 받아 화학연구소 분자나노구조나노기술연구원 중점실험실의 연구원은 삼차원 도전네트워크를 쉽게 형성하는 동축(同軸) ‘나노케이블’구조의 고성능 복합전극재료를 설계 및 제작하였다. 관련 연구논문은 Chem. Mater., 2010, 22, 1908; Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 2014; Adv. Mater., 2011, 23, 4415에 게재되었으며 Energy. Environ. Sci.에도 발표되었다. 연구팀은 고효율의 안정된 고배율 리튬이온전지 전극재료연구(Adv. Mater., 2008, 20, 2878; Adv. Mater., 2008, 20, 1160; Adv. Mater., 2009, 21, 2710; Adv. Mater., 2010, 22, 4591)에 주력해왔다. 최근에는 동축 ‘나노케이블’구조의 전극재료를 개발하여 리튬이온과 전자와의 동시 고효율 전도가 불가능한 문제를 효과적으로 해결하였다. 연구팀은 구조와 형태를 제어할 수 있는 CNT@TiO2 나노케이블을 제작하는데 성공하였고 신기한 ‘협동리튬저장효과’를 발견하였다. 한편으로 CNT코어는 Li의 TiO2쉘에서의 저장을 위해 전자통로를 제공하였으며, 다른 한편으로 CNT에 코팅된 메조포러스 TiO2층은 상대적으로 안정된 표/계면으로서 SEI막 형성을 줄일 수 있기에 Li의 CNT 저장을 위해 고속 이온전송 채널을 제공하였고 CNT자체의 순환성능도 크게 높일 수 있게 되었다. 이러한 ‘협동리튬저장효과’의 발견은 고효량, 고배율, 안정된 전극재료를 개발하기 위해 새로운 구상(Chem. Mater., 2010, 22, 1908–1914)을 제공하였다. 논문이 온라인에 발표된 후 영국왕립화학회의 Chemistry World (March 2010, P26)에 의해 연구 하이라이트로 선정되어 보도되었다. ‘나노케이블’을 이용해 ‘3차원 도전네트워크’구조의 전극재료를 제조하는 과정에 연구팀은 나노와이어 콜렉터에 Cu를 임베디드하는 방식으로 실현할 수 있음을 발견하였다.(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 20142020) 그밖에 연구팀은 독일의 연구자와 함께 표/계면이 안정된 동축 ‘나노케이블’구조의 고용량 Si기질 음극재료를 설계하였는데, Cu 콜렉터에 직접 Cu@Si@Al2O3 복합구조의 나노케이블 어레이를 생장시키는데 성공하였다. 연구결과, Cu나노와이어의 코어는 고속 전자전송이 가능하며 효과적인 구조상의 지원역할을 하며 Al2O3코팅층은 상대적으로 안정된 표/계면을 지니며 SEI막 형성을 줄일 수 있음을 발견하였다. 복합나노케이블은 리튬이온전지음극재료로서 우수한 순환 안정성과 높은 리튬저장용량을 구현하였다. 연구결과는 최신호 Adv. Mater.(2011, 23, 4415)에 발표되었다. 영국왕립화학회 Energy & Environmental Science 저널의 요청에 응하여 연구원은 종합적인 관점(Perspective)을 저술하여 나노케이블구조의 전극재료가 리튬이온전지에서의 응용 및 미래 발전전망을 체계적으로 소개하였으며 저널의 뒤표지에 실렸다.(Energy. Environ. Sci. 2011, 4, 1634-1642)

머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET시스템 개발

/
세계 선두기술을 자랑하는 인체 머리와 목 부위 전용 PET(양전자단층촬영장치)가 상하이생물의학공정연구센터에 의해 연구개발에 성공했으며, 11월 1일 ‘상하이 2011년 중국 국제 산업박람회’에 최초로 등장했다. 이로써 중국은 독자적으로 PET를 연구개발 및 생산할 수 있는 세계 유수의 국가 중 하나로 부상했다. PET는 세계 최첨단 의학 촬영진단장치로서 물리, 소프트웨어, 전자, 기계, 의학, 분자영상학과 관련되며, 수 만개의 부품으로 구성되었다. 세계 유수의 다국적기업만이 독자적으로 이 장치를 연구개발 및 생산하고 세계시장을 독점하고 있다. 중국은 전부 수입에 의뢰하며, 환자가 이 장치를 한 번 사용하는데 1만 위안의 비용이 든다. 인체 뇌, 오관, 턱과 얼굴 및 목 부위의 신경계통 또는 종양질환의 임상수요가 늘어나고, PET 촬영기술과 진단에서 이미지 해상도 요구가 높아지고 있으나 세계에는 임상전용 PET 상용제품이 부재한 실정이다. 기자가 현장에서 본 바에 의하면 엑스선, CT, 핵자기공명 등 촬영기술과는 달리 시뮬레이션 ‘환자’가 이동할 필요가 없이 편안하게 침대에 누워있어도 1만 9,200개의 작은 탐측기 결정체로 조립된 ‘탐측 링(detector ring)’이 이동하면서 스캐닝하고, 머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET 촬영을 수행할 수 있었다. 한편 PET 이미지는 환자 기존 CT를 비롯한 이미지와의 자동 등록(automatic registration)이 가능하여 다양한 질환에 대한 조기진단이 뛰어날 뿐만 아니라, 기존의 의료자원을 충분히 활용할 수 있어 치료비를 많이 절약할 있다. PET는 악성 종용, 신경계통, 심혈관 등 질환의 조기 발견, 병소의 감별, 단계별 치료효과 평가에서 독특한 우위와 뚜렷한 임상가치가 있어 최첨단 의료기기 왕관의 다이아몬드로 불리고 있다. 상하이생물의학공정연구센터 분자영상팀과 산업화개발팀은 3년간의 노력을 거쳐 머리와 목 부위 전용 초고해상도 PET시스템 및 종합처리소프트웨어를 최초로 개발 및 생산하고, 자체 지적재산권을 보유하게 되었다. 이로써 중국은 이 분야 자체 핵심경쟁력을 지니게 되었다. PET시스템은 국제 특허 14건을 출원했으며, 이미 산업화 단계에 접어들었다.

지형 적응성 강한 다리-바퀴 복합형 로봇 개발

/
최근 허난과기대학 차량 및 동력공정대학 학부생 장칭젠(张青建), 후빙(胡兵), 옌징후이(闫静辉)가 제작한 다리-바퀴 복합형 로봇이 국가 실용신안특허를 획득했다. 개량을 거친 2세대 ‘다리-바퀴 복합형 로봇’은 중난(中南)지역 홍콩/마카오특구 공학교육 학술회의 및 제5기 대학생 기계 설계 및 제조 혁신대상 2등상을 수상했다. 다리-바퀴 복합형 로봇은 지형 적응성이 강한 다리형 로봇과 기동속도가 빠른 바퀴형 로봇의 장점을 이용해 복잡한 지형에서도 다양한 보행과 운동방식으로 특수 기동임무를 수행할 수 있다. 특히 비구조화 지형 적응성이 강해 평탄한 지면에서 주행할 수 있을 뿐만 아니라 야외 험난한 지형도 지날 수 있다. 따라서 앞으로 우주연구, 재해퇴치 위험제거, 군사정찰, 폭발방지 반테러에서 광범위하게 응용될 전망이다.