사파이어 광섬유: 청정 에너지와 안전한 항공 여행의 약속

옥스퍼드 대학교 연구자들은 반 밀리미터 미만 두께의 산업적으로 성장한 사파이어 실인 사파이어 광섬유를 사용하여 2000°C 이상의 온도를 견딜 수 있습니다. 빛을 사파이어 섬유 한 끝에 주입하면, 온도에 민감하도록 수정된 섬유상의 한 지점(브라그 격자)에서 일부가 반사됩니다. 이 반사광의 파장(색상)은 그 지점의 온도를 측정하는 척도가 됩니다.

이 연구는 기존 센서의 20년 된 문제를 해결했습니다. 사파이어 섬유가 매우 얇아 보이지만, 빛의 파장과 비교하면 거대합니다. 이는 빛이 사파이어 섬유를 따라 여러 다른 경로를 취할 수 있음을 의미하며, 그 결과 여러 다른 파장이 동시에 반사됩니다. 연구자들은 섬유 길이를 따라 채널을 씀으로써 이 문제를 극복했습니다. 빛이 100분의 1 밀리미터 직경의 미세한 단면 내에 갇히게 됩니다. 이 접근법으로 단일 파장의 빛을 주로 반사하는 센서를 만들 수 있었습니다.

초기 시연은 1cm 길이의 짧은 사파이어 섬유에서 이루어졌지만, 연구자들은 이 길이가 몇 미터까지 가능할 것으로 예측하며, 이 길이를 따라 여러 개의 개별 센서를 배치할 수 있습니다. 이를 통해 제트 엔진 전체에서 온도 측정이 가능해집니다. 이 데이터를 사용하여 비행 중 엔진 조건을 조정하면 질소 산화물 배출을 크게 줄이고 전반적인 효율을 개선하여 환경 영향을 감소시킬 잠재력이 있습니다. 사파이어의 방사선 저항성은 우주 및 핵융합 전력 산업에도 응용 가능합니다.

공학 과학 연구팀 멤버 모한 왕(Mohan Wang) 박사는 "센서는 극도로 짧은 펄스의 고출력 레이저로 제작되며, 중요한 난제 중 하나는 이 공정 중 사파이어가 갈라지는 것을 방지하는 것이었습니다."라고 말했습니다.

이 작업은 줄리안 펠스(Julian Fells) 박사가 보유한 120만 파운드 EPSRC 펠로우십 보조금의 일부이며, 롤스로이스, 영국 원자력청(원격 응용 분야 - RACE), 크랜필드 대학교, 할리버튼, MDA 스페이스 앤 로보틱스와 협력하여 수행되었습니다.

RACE의 연구 책임자인 롭 스킬턴(Rob Skilton)은 "이 사파이어 광섬유는 핵융합 발전소의 극한 환경에서 많은 잠재적 응용이 있을 것입니다. 이 기술은 이 분야에서 미래 센서와 로봇 유지보수 시스템의 역량을 크게 향상시킬 잠재력이 있으며, UKAEA의 안전하고 지속 가능한 저탄소 핵융합 전력을 그리드에 공급하려는 임무를 도울 것입니다."라고 말했습니다.