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• 한국원자력연구원, 이온주입장치용 절연형 모터제너레이터 국산화 성공

  송고일 : 2026-03-17
  

  한국원자력연구원 양성자과학연구단이 반도체 및 첨단소재 제조 공정에 쓰이는 이온주입장치의 전력공급을 위한 절연형 모터제너레이터(Motor-Generator Set, MG-SET)를 독자 개발하는 데 성공했다. /한국원자력연구원 제공

  [투데이에너지 장재진 기자] 한국원자력연구원 양성자과학연구단이 반도체 및 첨단소재 제조 공정에 쓰이는 이온주입장치의 전력공급을 위한 절연형 모터제너레이터(Motor-Generator Set, MG-SET)를 독자 개발하는 데 성공했다.

  이는 해외 의존형 고가 장비를 대체해 제작 비용을 약 70% 절감하고 납기를 기존 10개월에서 3개월 이내로 단축한 성과다.

  17일 원자력연구원에 따르면, 이온주입장치는 수만~수십만 볼트의 고전압 환경에서 이온을 가속·주입하는 핵심 장비로, 고전압 상태에서는 외부 전원과 직접 연결하면 전압 차로 인해 장비 손상이나 안전 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 모터를 외부 전원으로 구동하고 그 회전력을 발전기로 전달해 필요한 전압을 생성하는 모터제너레이터가 사용된다. 특히 고전압 환경에서는 모터와 발전기 사이의 전기적 분리를 확보하는 절연 구조가 필수적이다.

  연구진은 모터와 발전기 사이에 회전 동력만 전달하고 전기는 통하지 않도록 하는 절연축을 적용했고, 절연축 재료로 가볍고 절연성이 우수한 나일론을 채택해 비용과 성능을 동시에 개선했다. 또한 장치 외부 구조를 전기장 분포를 고려해 설계함으로써 모서리의 전기장 집중을 피하고 반지름 5cm 이상의 곡면을 적용해 코로나 방전을 억제하도록 했다.

  이번 기술은 단순히 이온주입장치에 한정되지 않고 고전압 환경에서 안정적 전력공급이 필요한 다양한 첨단장비로의 응용 가능성을 갖고 있다. 연구단은 맞춤형 설계와 국내 자체 유지보수 체계 확보로 해외 장비에 대한 의존도를 크게 낮출 수 있을 것으로 보고 있다.

  이온주입장치용 절연형 모터제너레이터 /한국원자력연구원 제공

  전문가들은 이번 국산화 성과가 반도체 장비 공급망 안정화와 비용 절감에 기여할 뿐만 아니라, 고전압 기반 장비의 국산화 확대를 통한 산업 생태계 강화로도 이어질 수 있다고 평가한다. 다만 실제 상용화 과정에서의 신뢰성 검증, 인증 절차, 양산체제 구축과 관련된 추가 비용·시간 요소는 여전히 과제로 남아 있다.

  ■ 용어설명

  이온주입장치=반도체 및 첨단소재 제조 공정에서 이온을 높은 전압으로 가속해 소재 내부로 주입함으로써 전기적·물리적 특성을 조절하는 핵심 장비.

  모터제너레이터(Motor-Generator Set, MG-SET)=외부 전원으로 모터를 구동시키고 그 회전력을 발전기로 전달해 원하는 전압을 생성·공급하는 장치로, 특히 전기적으로 분리(절연)가 필요한 고전압 환경에서 사용된다.

  절연축(Insulating shaft)=모터와 발전기 사이에서 기계적 회전 동력은 전달하지만 전기는 통하지 않도록 하는 축으로, 전기적 분리(절연)를 확보하는 핵심 부품.

  코로나 방전=전기장이 특정 부분에 집중되어 공기 중으로 전기가 새어나가는 현상으로, 고전압 장치에서는 장비 손상과 성능 저하를 초래할 수 있어 설계 단계에서 억제가 필요하다.

  전기장 분포 설계=고전압 장치 외부 구조를 전기장 분포 관점에서 설계해 전압 집중을 완화하고 방전을 억제하는 설계 기법으로, 본 사례에서는 모든 부분을 반지름 5cm 이상의 곡면으로 처리해 전압을 분산시켰다.

  국산화(장비 국산화)=해외 제품에 의존하던 기술이나 장비를 국내 연구·제조 역량으로 개발·생산하는 것을 의미하며, 공급망 안정성·비용 절감·유지보수 편의성 등의 효과가 있다.