국내 연구팀, '핵융합 상용화' 앞당길 새로운 물리원리 발견

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 국내 연구진이 핵융합 에너지 실현을 앞당길 수 있는 새로운 물리 원리를 발견해 주목된다.

한국연구재단은 서울대학교 나용수·함택수 교수 연구팀이 핵융합로 내부에 존재하는 고에너지 입자들이 핵융합 성능을 향상시키는 역할을 할 수 있다는 사실을 규명했다고 5일 밝혔다.

핵융합은 태양과 별이 에너지를 만드는 원리로 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵이 되면서 막대한 에너지를 방출하는 현상이다. 탄소 배출 없이 무한으로 연료 공급이 가능해 차세대 친환경 에너지원으로도 주목받고 있다.

핵융합 에너지를 상용화하려면 수소 이온을 1억 도 이상의 초고온 상태로 오랜 시간 안정적으로 유지하는 기술이 필수적이다. 그러나 플라스마 내 난류가 핵융합 반응을 방해한다고 알려져 있어 이를 제어하는 기술 개발이 중요한 과제로 남아 있었다.

연구팀은 다양한 토카막 장치에서 수행된 실험 및 시뮬레이션 결과를 바탕으로 고에너지 입자와 플라스마 난류 간의 상호작용을 네 가지 주요 물리 기작으로 분류, 이들 입자가 난류를 억제하는 구체적인 원리를 규명했다.

자기장 구조 변화·이온 밀도 희석에 의한 억제·난류와의 상호작용·불안정성 유발 및 상호작용 등 물리 기작에 의해 고에너지 입자가 플라스마 난류와 상호작용하며 전단유동(zonal flow)을 강화시켜 난류를 억제하는데, 이를 통해 핵융합 성능을 높일 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

이번 연구를 통해 한국형 핵융합 연구로(KSTAR) 장치 등에서 플라스마 난류를 제거하고 초고온 플라즈마를 형성 및 장시간 유지하는 연구가 활발히 진행될 것으로 기대된다.

나 교수는 "핵융합로에서 고에너지 입자를 활용해 출력을 높일 수 있는 새로운 가능성이 열렸다"며 "이 성과는 향후 소형 핵융합로나 실증로 설계에 적용돼 핵융합 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 설명했다.

이번 연구의 성과는 국제 학술지 '네이처 리뷰스 피직스'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr