나용수 원자핵공학과 교수 연구팀이 세계 최초로 핵융합로 ‘토카막’의 초기 플라스마 발생원리를 규명하는데 성공했다.
서울대 공대는 14일 나 교수 연구팀이 토카막 초기 플라스마 발생원리를 밝혀냈다고 발표했다.
토카막은 핵융합 실험장치 중 하나로 핵융합 때 물질의 제 4 상태인 플라스마 상태로 변하는 핵융합 발전용 연료 기체를 담아두는 도넛처럼 생긴 용기다. 또한 핵융합 과정에서 플라스마를 가두기 위해 자기장을 이용하며, 장치 내부에 나선형 자기장을 형성하기 위해 유도전기장을 사용한다.
연구팀은 핵융합로에서 핵융합 반응을 일으키기 위해 플라스마를 발생시켜야 하지만, 토카막의 복잡한 전자기적 구조와 측정의 어려움으로 플라스마 생성 원리는 밝혀지지 않았다고 설명했다. 하지만 이후 연구팀이 핵융합로 플라스마 생성 때 플라스마가 강한 난류 현상을 스스로 만든다는 것을 발견한 다음, 이를 통해 독자적으로 개발한 입자 기반 3차원 시뮬레이션과 토카막 장치를 통한 실험으로 연구 결과 검증에 성공했다.
이번 성과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 지난달 30일 실렸다. 핵융합 분야에서 네이처 관련 학술지에 논문이 게재된 것은 나 교수 연구팀이 국내 최초다. 나 교수는 “한국, 미국, 일본, 중국, 러시아 등이 공동으로 개발 중인 국제핵융합실험로를 비롯한 핵융합로의 플라스마 발생 최적화에 연구 자료가 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
토카막은 플라즈마를 초고온으로 만들어 핵융합을 일으키는데 사용되는데, 핵융합을 위해서는 온도는 1억도, 밀도는 1c㎥당 100조개의 초고온 플라스마를 약 1초 동안 용기에 밀폐해야 한다. 하지만 초고온 플라스마의 불안전성으로 인해 현재 전 세계가 지속적인 연구개발을 하고 있는 실정이다. 또한 한국은 세계 최고 수준의 초전도 토카막 핵융합 실험로이자 신소재 초전도 재료를 사용한 핵융합연구장치의 첫 번째 운전 성공 사례인 KSTAR을 보유하고 있다. /노진표 인턴기자 jproh93@sedaily.com
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