2세대 고온 초전도체의 발견으로 기존의 저온 초전도체로는 경제성이 없었던 분야에 새롭게 초전도 적용을 위한 연구들이 진행되고 있다. 초전도체는 저항이 없어 전류밀도가 크고 직류 전류가 흐를 때 손실이 없는 장점이 있어 높은 자기장을 만드는 데 유리하다. 현재 이러한 초전도체의 좋은 특성을 이용한 DC 고자장 마그넷에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 초전도체는 히스테리시스 특성을 가지고 있고, 이로 인해 AC 환경에서는 손실이 발생한다. 초전도체의 교류 손실 문제 때문에 변압기, 발전기 등 전력기기에 사용하기 위한 AC 마그넷에 대한 연구에 어려움을 겪고 있다. 또한, 전력기기처럼 높은 교류자기장을 이용하는 마그넷의 경우 교류 대전류를 흘릴 수 있는 도체가 필요하다. 초전도체를 이용한 AC 응용기기에 적용하기 위해선 반드시 초전도체의 교류 손실 문제는 해결되어야 한다.
본 논문에서는 먼저 초전도체의 교류 손실 특성을 확인하기 위한 선행연구와 초전도 선재의 손실을 측정하였다. 손실 측정 결과 선재 폭이 좁을수록 손실의 크기가 감소하는 것을 확인하였고, 이를 위해 선재를 분할하였을 때 손실 감소 효과가 있는 것을 확인하였다. 하지만 단순 테이프 형태의 초전도체의 경우 분할된 선재들의 양단이 서로 병렬로 연결되면 손실 감소 효과가 사라지는 것을 확인하였다.
초전도체를 AC 응용기기에 적용하기 위한 저손실, 대전류 도체로 CORC®에 대한 연구를 진행하였다. CORC®는 초전도 선재가 포머 (former)에 비스듬히 감겨있는 형태로 솔레노이드 코일과 유사한 형태를 가진다. 이러한 CORC®의 형상으로 인해 CORC® 도체의 제작단계에서 벤딩 스트레스 (bending stress)를 받게 되고, 이는 CORC® 도체의 임계전류를 감소시킬 수 있다. 이러한 CORC®의 형상에 따른 임계전류 특성을 확인하기 위해 두 가지 크기의 포머를 이용해 다양한 피치 (pitch) 길이로 CORC® 샘플을 제작하여 샘플들의 임계전류를 측정하여 임계전류의 감소가 없는 CORC® 포머의 크기와 한 피치의 길이를 확인하였다.
위 실험으로부터 임계전류의 감소가 없는 CORC®의 형태로 CORC®의 손실 특성과 손실을 감소시키기 위해 CORC® 샘플들을 제작하여 자화손실을 측정하였다. CORC® 샘플들은 서로 다른 폭의 선재를 이용해 제작되었고, 손실을 감소시키기 위해 선재 분할을 가정한 샘플을 제작하였다. 손실 측정 결과로부터 CORC®는 선재를 분할하였을 때 손실 감소 효과가 나타났었고, 분할된 선재들이 서로 병렬로 연결되더라도 손실 감소 효과가 나타나는 것을 확인하였다.
마지막으로 분할된 CORC®를 이용해 초전도 변압기의 코일과 유사한 형태인 솔레노이드형 코일의 교류 손실 계산법을 제안하였다. 솔레노이드 코일은 테이프형 단순 적층 선재를 이용해 만든 코일과 CORC®로 만든 코일, 분할된 CORC®로 만든 코일로 총 세 가지 코일의 손실을 계산하여 비교하였다. 먼저 초전도 솔레노이드 코일의 손실을 계산하기 위해 유한요소법을 이용해 초전도체에 인가되는 자기장을 계산하였다. 또 분할된 CORC®를 이용한 코일의 손실을 계산하기 위해서, 앞서 측정한 분할된 CORC® 샘플들의 손실 측정 결과를 이용해 분할에 따른 손실 감소 효과를 자기장에 대한 함수의 형태로 나타내어 사용하였다. 분할된 CORC®를 이용한 코일의 경우 분할하지 않은 경우보다 손실이 53.2 %로 감소하였다.
본 연구를 통해 CORC®를 이용하면 AC 응용기기의 손실을 감소시킬 수 있는 것을 확인하였다. 이러한 CORC®의 교류 손실 특성을 이용해 초전도 선재를 미세하게 분할하여 교류 손실을 더욱 감소시킬 수 있을 것으로 보이고 이러한 CORC®를 이용한 AC 응용기기의 개발이 가능할 것으로 기대한다.