핵융합 난제 '플라스마 자기섬' 해결할 실마리 찾았다

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(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국 인공태양 케이스타(KSTAR)를 활용한 실험에서 핵융합 난제인 '플라스마 자기섬' 발생을 해결할 실마리가 발견됐다.

한국핵융합에너지연구원 최민준 박사는 미국 제너럴 아토믹스(GA) 라즐로 바도크지 박사, 서울대 함택수 교수, 울산과학기술원 박현거·윤의성 교수, 포스텍 윤건수 교수 연구팀이 핵융합 플라스마의 불안정 현상의 하나인 자기섬(magnetic island) 발생에 주변 난류가 영향을 끼칠 수 있음을 증명했다고 24일 밝혔다.

땅 위에서 태양과 같은 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생산하려면 초고온 플라스마를 안정적으로 오래 가두는 것이 중요하다.

핵융합로에 갇힌 플라스마는 균일하지 않은 전류 밀도와 고에너지로 인해 불안정한 특성을 갖는데, 특히 플라스마를 가두는 자기력선에 찢김과 재결합이 일어나는 섬 모양의 자기섬이 발생하면 플라스마가 붕괴할 수 있다.

자기섬 발생과 그로 인한 플라스마 붕괴를 제어하는 것은 핵융합 에너지 실현을 위한 대표적인 난제로 꼽힌다.

연구팀은 KSTAR 실험을 통해 자기섬 주변 난류가 '난류 퍼짐'을 일으키거나 '자기력선 재결합'을 가속해 자기섬 발생에 영향을 준다는 것을 입증했다.

난류가 자기섬 발생에 끼치는 영향을 연구하는 물리 모델은 있었지만, 실제 실험으로 증명한 것은 처음이다.

연구팀은 실험에서 자기섬 안쪽은 밀도·온도가 균일하게 유지되고, 바깥쪽은 불균일한 온도와 유동 속도 때문에 난류가 부분적으로 발생한다는 사실을 이용해 자기섬 바깥에서 안쪽으로의 난류 퍼짐 현상을 확인했다.

최민준 박사는 "앞으로 핵융합로 운전에서 자기섬에 의한 플라스마 붕괴를 효율적으로 억제하는 데 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난달 14일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

제보는 카카오톡 okjebo <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포, AI 학습 및 활용 금지> 2021/02/24 10:07 송고