Science
혼돈 자기장 연구
장종엽엔에스
2009. 12. 26. 00:13
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-22 | ||||||
자기장 선은 나침반이 가리키는 방향으로 계속해서 걸어가는 사람의 경로로 간주될 수 있다. 교과서에서는 일반적으로 자기장 선을 전류가 흐르는 전선 주위로 닫힌 원형 고리 형태로 표현한다. 그러나 전류가 복잡한 형태로 흐르는 플라즈마에서 자기장선은 종종 닫힌 형태가 아니고, 3차원 공간에서 무한하게 자신 주위를 감고 있는 형태이다. 이러 불규칙한 혼돈 자기장은 수십년동안 핵융합로를 연구하는 연구진들에 의해서 연구되었을 뿐만 아니라 태양의 대기를 이해하고자 하는 사람들에게도 관심의 대상이었다. 이전에는 이런 혼돈은 플라즈마에만 제한되었다고 생각했는데 최근 이론적인 연구 결과, 혼돈 자기장은 고리안으로 구불구불하고 휘어진 전선과 같은 특별한 모양의 전선에 전류를 흐르게 하였을 때에도 발생한다는 것이 발견되었다. 이제 일본의 오사카 시립 대학의 마코토 호소다(Makoto Hosoda)와 동료 연구진은 일반 전자 디바이스안에서 볼 수 있는 간단한 전선 구조에서도 혼돈 자기장이 발생한다는 것을 보였다. 이들 연구진은 서로 직각으로 이웃하게 놓인 두 개의 원형 고리에 대해서 컴퓨터 시뮬레이션 하였다. 연구진의 컴퓨터 프로그램은 고리 근처의 임의의 점을 선택하여 두 개 고리의 합에 대한 맥스웰 방정식 공식을 계산하였다. 이 계산으로 연구진은 단일 자기장 선의 경로를 추적한 결과, 크기가 줄어들지 않고 자기장 선이 두 개의 고리안과 밖으로 구불구불한 경로를 따른다는 것을 보였다. 이것이 혼돈 자기장이라는 것을 확인하기 위하여 연구진은 출발점을 약간 변화시킨 결과, 혼돈의 고전적인 정의인 매우 크게 다른 경로를 따른다는 것을 보였다. 호사다와 동료 연구진은 다른 전선 구조에 대한 비슷한 계산을 하여 지구 자기장 값에 더하였다. 10 암페어의 전류를 운반하는 센티미터 너비의 고리에 대해서 연구진은 지구 자기장이 전류에 의해서 유도된 자기장보다 훨씬 크기 때문에 이런 혼돈 현상이 무시된다는 것을 보였다. 자기장 선들은 전선 주위로 작은 매듭 형태인 복잡한 구조이나 어떤 자기장 선들도 결국에는 일직선이 되며 시스템으로부터 벗어남에 따라 크기가 줄어든다. 그러나 연구진이 텔레비전, 컴퓨터, 그리고 휴대폰에서 발견되는 훨씬 작은 전기 회로들을 분석한 결과, 이들 디바이스에서 나오는 혼돈 자기장은 사라지지 않고 지구 자기장에 더하여 검출된다는 것을 발견하였다. 이런 사라지지 않는 혼돈 자기장은 좋은 현상이라고 연구진은 말하였다. 비혼돈 자기장은 원칙적으로 특정한 점에서 전류 흐름을 방해할 정도로 충분히 크다. 이에 대해서 혼돈 자기장은 거시 자기장을 감소시켜 현대 전자 디바이스의 안정적인 작동을 보장한다고 말하였다. 스페인 마드리드의 우주 생물학 연구소의 자코보 아기레(Jacobo Aguirre)는 이 논문은 매우 흥미로운 것으로써 자기장 선들이 실제의 경우 매우 복잡하다는 것을 보여주는 것이라고 말하였다. 호소다는 그들 연구진의 시뮬레이션을 바탕으로 미터 스케일의 실물 크기 모형을 제작하고자 하고 있다. 혼돈 자기장의 존재는 각각의 자기장 선들을 추적할 수 있는 자기 센서를 사용하거나 또는 자기장의 특성에 따라 산란 패턴을 보이는 전자 빔을 사용하여 증명할 수 있을 것이다. 첨부그림: 컴퓨터 계산 결과, 전류가 두 개의 수직된 전선 고리를 통하여 흐르면, 유도된 자기장 선들은 혼돈된 형태로 주위를 감싼다는 것이 밝혀졌다. 보통 전자 디바이스의 회로 역시 혼돈 자기장을 발생시키는 것으로 보인다.
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