원자력공학과 박민서 학생이 학부 연구생 프로그램을 통해 도출된 연구성과를 세계적 학술지에 게재했다. 그는 구형(球形) 핵연료 충전층(Packed bed)에서 자연대류 현상이 발생할 때, 가열구간의 접촉점이 있음에도 불구하고 자연대류 열전달이 저하되지 않는 메커니즘을 규명했다.

원자력공학과 학부 3학년 박민서 학생 연구 성과 도출
충전층에서 자연대류 현상 발생 시, 자연대류 열전달 저하되지 않는 현상 규명

원자력공학과 박민서 학생(22학번)이 세계적 학술지 에 ‘Influence of contact points on natural convection heat transfer of a heated sphere in a packed bed(충전층 내 가열 구(球)에서 발생하는 자연대류의 접촉점 영향)’이란 제목의 논문을 게재했다.

원자력공학과 박민서 학생

이 연구는 구형(球形) 핵연료 충전층(Packed bed)에서 자연대류 현상이 발생할 때, 가열구 사이의 접촉점이 있음에도 불구하고 자연대류 열전달이 저하되지 않는 메커니즘을 규명한 것이다.

충전층내에서 가열구의 접촉점에서 열전달이 이루어지지 않는 반면 접촉점의 주변에는 열전달을 향상시키는 메커니즘이 있음을 확인하기 위하여 가열구와 비가열구의 접점 위치를 바꾸며 열전달을 측정했다. 측정하기 어려운 국부열전달은 화학 반응을 통해 시각화했다. 작은 구(球)의 경우에는 접점과 상관없이 열전달에 큰 변화가 없었다. 접점만큼 열전달이 손실됐으나, 접점 주위에서 열전달이 향상돼 보상된 것이 이유였다. 큰 구(球)의 경우에는 접점이 특정 위치에 있을 때 열전달이 약해졌다. 접촉 지점 이전에 유동이 박리됐기 때문이었다.

이 연구는 향후 충전층을 활용한 소형모듈형원자로(SMR)의 안정성 분석에 활용될 가치가 있는 연구로 평가받는다.

박민서 학생은 2023년 여름 방학 기간에 처음 연구를 시작했다. 원자력공학과 정범진 교수 연구실에서 학부 연구생으로 연구를 경험하며 연구자의 길을 가기로 결심했다. 그는 “독자적인 연구 주제를 받아 연구를 수행하고 있다. 전공지식이 부족한 부분은 연구실 내의 선배들에게 도움받고 있다”라고 연구 과정을 설명했다.

이 논문이 지난해 온라인판에 게재된 이후, 후속 연구도 진행 중이다. 박민서 학생은 “문헌조사와 실험 계획에 열중하던 와중에 예상보다 논문이 일찍 게재됐다. 내 이름이 적힌 논문이 해외 유명 학술지에 등재되니 새로 태어난 느낌이다”라고 설명했다.

현재 수행 중인 연구는 수직 벽면에서 발생하는 자연대류 현상의 동력학을 규명하는 실험이다. 원자로 사고 발생 초기에 피동 냉각능력에 의해 열 제거 가능성을 판단하는 연구다. 약 4개월 정도로 연구를 계획했고, 이 연구도 해외 학술지에 투고할 계획이다.

박민서 학생을 지도하고 있는 정범진 교수는 “지도할 시간이 적어 미안한 마음을 느끼게 하는 학생이다. 현재 원자력학회의 회장이자 한국연구재단 및 미국 NuScale사의 사외이사 등 외부 활동으로 바쁜 시기를 보내는 와중에 박민서 학생의 열정을 확인할 수 있었다”라며 “세계적 연구자로 성장할 수 있도록 최대한 지원하려 한다”라고 밝혔다.

글 정민재 ddubi17@khu.ac.kr

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