핵융합 플라즈마 불안정 억제하는 원리 찾았다

국내 초전도 핵융합장치에서 플라즈마 표면 난류 최초 관측

핵융합 연구의 최대 난제인 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)을 해결할 수 있는 원리를 국내 연구진이 찾아냈다.

국가핵융합연구소와 UNIST 박현거 교수팀, POSTECH 윤건수 교수팀은 핵융합 자기장에 의해 만들어지는 난류가 ELM을 억제한다는 사실을 최초로 발견했다고 8일 밝혔다.

ELM은 토카막(플라즈마 밀폐장치)형 핵융합장치의 고온 플라즈마 경계면에서의큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 현상의 하나이다.

ELM이 발생하면 플라즈마 내부의 에너지가 밖으로 유출돼 토카막 장치의 밀폐성능이 떨어질 수 있고 내벽에도 손상을 줄 수 있어서 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결돼야 한다.

특히 고성능 플라즈마 밀폐상태에서는 ELM이 필연적으로 수반되기 때문에, 플라즈마를 안정적으로 오래 가두는 것이 초전도 핵융합장치의 핵심 과제로 꼽히고 있다.

공동연구팀은 한국형 초전도핵융합장치인 KSTAR에 설치된 Ɖ차원 전자온도 영상장치'로 플라즈마를 촬영해 이번 연구 결과를 도출했다.

KSTAR는 최근 몇 년 동안 ELM을 억제하는 데 성공해 ELM 제어 연구 분야를 선도하고 있다.

분석 결과, 자기장을 이용해 플라즈마를 제어할 때 플라즈마 표면에 생기는 작은 소용돌이 모양의 난류가 ELM에 의해 플라즈마가 붕괴되지 않도록 막는 것으로 나타났다.

그동안 자기장으로 플라즈마 붕괴를 막은 실험 결과는 있었지만, 자기장이 플라즈마에 미치는 영향에 대한 구체적인 원리는 밝혀지지 않았다.

이번 논문 제1저자인 이재현 UNIST 박사는 "기존에 알려진 이론이나 시뮬레이션과 달리 핵융합장치의 제어용 자기장이 ELM이 발생하는 것 자체를 막지는 못하는 것으로 확인됐다"고 말했다.

윤건수 교수는 "목성의 대적반(거대한 붉은 점)이 주변 난류와 상호작용하면서안정적인 구조를 유지하고 있는 현상과 비슷한 원리"라면서 "세계 최초로 플라즈마표면에 생긴 난류의 존재를 관측한 것으로, 핵융합 상용화에 기여할 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구 성과는 지난달 12일 물리학 분야 최고 권위지인 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters)에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>