■ 핵융합 1억도 유지 플라스마 붕괴 조건 발견

■ 핵융합 1억도 유지 플라스마 붕괴 조건 발견

 

● 핵융합연구원, 플라스마 난류와 자기섬 상관 관계 실험으로 첫 확인

 

‘한국형 인공태양’으로 불리는 한국형 초전도 핵융합 장치(KSTAR)를 이용하여 핵융합 플라스마의 오랜 난제가 처음 풀렸다. 이를 이용하면, KSTAR에서 1억도의 초고온 플라스마를 20초 이상 발생시키는 데도 도움이 될 전망이다. 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 1억도 이상 초고온 상태의 플라스마가 필요하고, 이런 플라스마가 오랫동안 안정적으로 유지되어야 한다. 플라스마 내부에서 온도와 밀도가 주변과 조금이라도 다른 부분이 생기면, 작은 요동이 발생하고, 이는 불안정한 상태의 난류로 발전한다. 비행 중 기체를 때리는 난류와 비슷하다.

 

또한, 플라스마를 가둬 놓은 자기력선이 찢어지거나 재결합하여 자기장이 섬 모양으로 형성되는 '자기섬(magnetic island)'이 발생하면, 플라스마가 붕괴할 수 있다. 그동안 학계에서는 자기섬에 의한 플라스마 붕괴에 난류가 영향을 미칠 것으로 예상해왔지만, 진단 장치의 한계 때문에 실제로 이를 관측하지는 못했다.

 

최민준 한국핵융합에너지연구원 선임연구원 등 국제공동 연구진은 KSTAR의 전자온도 영상진단 장치를 이용하여 자기섬 주변에서 형성되는 플라스마 난류의 세기 분포를 2차원으로 정밀하게 측정했다. 그 결과, 난류의 세기가 증가하면, 플라스마가 급격히 붕괴한다는 사실을 처음 확인했다. 최민준 선임연구원은 “자기섬이 5-6cm 수준에서는 플라스마가 붕괴하더라도 약한 수준인데, 20cm까지 자라면, 플라스마가 완전히 붕괴한다”고 설명했다.

 

KSTAR는 2020년 11월 1억도의 초고온 플라스마를 20초 이상 연속으로 발생시키는 데 성공한 뒤, 2021년 30초를 목표로 운전 시간을 증가시키고 있다. 궁극적으로는 300초 운전에 성공하여 핵융합 발전 가능성을 입증할 예정이다. 최민준 선임연구원은 “KSTAR가 장시간 운전하기 위해서는 플라스마 난류와 자기섬 등 플라스마의 움직임을 불안정하게 만드는 요인을 조절해야 한다. 난류를 제어하여 자기섬에 의해 플라스마가 붕괴하는 현상을 억제하는 데, 이번 연구를 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.