새로운 핵융합 플라즈마 운전방식 발견

[산업일보]
국내 연구진이 미래 핵융합 상용로의 플라즈마 운전 기술 확보를 위한 새로운 가능성을 열었다.

과학기술정보통신부는 한국핵융합에너지연구원과 서울대 공동 연구팀이 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)의 초고온 핵융합 플라즈마 운전성과를 분석해 새로운 핵융합 플라즈마 운전방식(mode)을 발견했다고 8일 밝혔다.

핵융합 반응으로 에너지를 만들기 위해서는 초고온·고밀도 상태의 플라즈마를 핵융합로에 장시간 안정적으로 가두는 기술을 확보하는 것이 필요하다.

가장 대표적인 플라즈마 운전 방법은 고성능 플라즈마 운전 모드라고 불리는 에이치(H)-모드(High Confinement mode)로, 이는 상용로 운전을 위한 기본 핵융합 플라즈마 운전 방법으로 고려되며, 차세대 운전 방법 개발의 기준 지표가 되고 있다.

하지만 에이치(H)-모드에서는 플라즈마 가장자리에 형성되는 장벽을 활용하기 때문에 가장자리의 압력이 임계치를 넘어가 풍선처럼 터지는 플라즈마 경계면 불안정 현상(Edge Localized Mode, 이하 ELM)이 발생하므로, 핵융합로 내벽에 손상을 일으킬 수 있다.

이에 핵융합 연구자들은 ELM을 제어하는 방법을 연구하는 한편, 더욱 안정적인 플라즈마 운전 모드를 찾기 위해 노력하고 있다.

국내 연구진은 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)의 운전데이터 분석과 모의실험 검증을 통해 플라즈마 가열시 발생한 고속이온(높은 에너지의 입자들)이 플라즈마 내부의 난류를 안정화시켜 플라즈마 온도를 급격히 높이는 현상을 발견하고, 이를 새로운 운전모드인 ‘FIRE(Fast Ion Regulated Enhancement) 모드’로 명명했다고 밝혔다.

이번 연구성과에 대해 연구진은 지난 몇 년간 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)에서 달성한 초고온 플라즈마 장시간 운전성과의 독창성이 세계적 국제학술지 네이처(Nature)에 8일 00시(한국시간) 게재됨으로써 일반 학계에서도 인정받았다는 것에 의의가 있다고 전했다.

또한 고속이온의 물리적 이해를 바탕으로 향후 국제핵융합실험로(ITER) 및 핵융합 실증로 운전 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다고 했다.

한편, 이번 연구는 한국핵융합에너지연구원의 ‘초전도 핵융합 연구장치(KSTAR) 공동실험 및 플라즈마 연구’사업과 과학기술정보통신부 ‘핵융합선도기술개발사업(선도기술센터)’의 지원을 받았다.