韓美연구진, 핵융합 난제 'ELM' 해결할 이론 제시

(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 한미 공동연구진이 인공태양인 핵융합장치를 실용화하는 데 난제로 꼽혀온 '플라스마 경계면 불안정 현상'(ELM)을 해결할 이론을 제시했다. 이론이 우리나라 초전도핵융한연구장치(KSTAR)에서 실험을 통해 증명되면서 한국 핵융합장치의 성능을 인정받았다는 평가다.

국가핵융합연구소는 미국 프린스턴 플라즈마연구소(PPPL) 연구팀과 공동으로 핵융합장치의 플라즈마 경계면 불안정 현상을 억제하는 조건을 예측하는 이론모델을 정립하고, 실험적으로 검증하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

핵융합에너지는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 통해 에너지를 생산하는 것이다. 그러기 위해선 핵융합로에 초고온 플라즈마를 안정적으로 오래 가두는 게 중요하지만, 플라즈마 내부와 외부는 큰 압력과 온도차로 불안정하다. 특히 플라즈마 가장자리에는 파도처럼 규칙적인 패턴인 ELM이 발생한다. ELM은 갑자기 플라즈마를 풍선처럼 터지해 핵융합로 내벽을 손상시키기도 한다.

안정적인 핵융합 발전을 위해선 ELM의 발생과 그로 인한 붕괴를 제어하는 것이 매우 중요하다. 핵융합 상용화를 위한 대표적인 난제로 꼽힐 정도다. 지난 30년간 전세계적으로 다수 핵융합 장치에서 ELM을 제어하는 연구가 수행됐지만 해결되지 못했다.

이번 연구 결과는 한미 공동연구진이 KSTAR를 사용해 거둔 성과다. 공동연구팀은 KSTAR 실험 결과 분석을 통해 ELM 억제의 중요 물리기작을 실마리로 확보했다. 이를 기반으로 기존 예측모델을 뛰어 넘는 플라즈마 반응을 고려한 이론모델을 수립했다. 이어 KSTAR에서 실험을 통해 수립한 이론의 정합성을 규명했다.

윤시우 핵융합연 KSTAR연구센터장은 "KSTAR가 핵융합의 난제인 ELM 억제를 해결할 수 있는 실험적으로 검증된 예측모델을 제공해 앞으로 국제핵융합실험로(ITER)나 핵융합실증로에서의 ELM 제어 방안의 불확실성을 해소할 수 있게 됐다"고 말했다.

연구성과는 지난 10일 최고 권위 국제학술지 '네이처 물리학'(Nature Physics)에 실렸다.

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