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핵융합 난제 실마리 될 플라즈마 주요 불안정 현상 규명

2021-02-24 기사
편집 2021-02-24 10:04:08
 임용우 기자
 wine@daejonilbo.com

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핵융합에 필요한 초고온 플라즈마 운전을 방해하는 불안정 현상들의 상호작용이 규명돼 관심을 끌고 있다. 그간 핵융합 난제 해결을 위한 실타래를 풀었다는 평가다.

24일 한국핵융합에너지연구원에 따르면 최민준 KSTAR연구본부 박사는 국내외 연구팀과 공동연구를 통해 핵융합 플라즈마의 주요 불안정 현상 중 하나인 자기섬(magnetic island)의 발생과 억제에 주변의 난류(turbulence)가 직접적인 영향을 끼칠 수 있음을 실험을 통해 입증하는 데 성공했다.

핵융합로에 초고온 플라즈마를 안정적으로 오래 가둘 수 있어야 한다. 하지만 핵융합로에 갇힌 플라즈마는 균일하지 않은 전류 밀도와 고에너지로 인해 불안정한 특성을 갖는다.

찢김(tearing)과 재결합 (reconnection)이 일어나는 자기섬이 발생하면 플라즈마가 손실되거나 붕괴가 일어날 수 있다는 문제를 갖고 있다. 자기섬의 발생과 그로 인한 플라즈마 붕괴를 제어하는 것은 핵융합 에너지 실현을 위해 해결해야 하는 대표적인 난제로 꼽힌다.

최 박사와 공동연구팀은 초전도핵융합연구장치 KSTAR의 플라즈마 실험을 통해 자기섬 주변의 난류가 난류 퍼짐(turbulence spreading) 현상이나 자기력선 재결합(magnetic reconnection)의 가속화를 만들어 자기섬의 발생과 억제에 직접 영향을 끼칠 수 있다는 것을 입증했다. 난류가 자기섬 발생에 끼치는 영향에 대한 여러 물리 모델이 제안되었지만, 실제 실험으로 그 연관성을 입증한 사례는 드물다.

이번 성과를 담은 논문은 네이쳐 자매지인 '네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)'지(2021년 1월 14일 자)에 게재되었다.

최 박사는 "이번 연구는 자기섬이 주변의 난류 분포와 발달에 끼치는 영향을 밝혔던 이전 연구에 이어, 역으로 주변 난류가 자기섬의 발달 과정에 끼치는 영향을 분석한 결과"라며 "이를 바탕으로 자기섬 주변의 난류의 세기를 줄이거나 분포를 변경하여, 플라즈마 붕괴를 막거나 완화할 수 있을 것"이라고 설명했다.임용우 기자



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