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플라즈마 가두는 토카막 내부 경계면 폭발 과정 규명

송고시간2017-04-03 13:37

포스텍-UNIST 공동연구, 네이처 학술지 게재

(포항=연합뉴스) 임상현 기자 = 태양이 핵융합 반응으로 1초 동안 만드는 에너지는 지구 상의 모든 발전소가 만들어 내는 발전용량의 1조 배에 이른다.

지구에서 태양과 같은 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 만들려면 태양보다 더 뜨거운 수억 도에 이르는 초고온 플라즈마가 필요하다.

태양은 중력이 강해 내부 높은 밀도와 압력으로 플라즈마를 가둘 수 있다. 반면 지구에서는 전하를 띠고 있는 플라즈마 성질을 이용해 자기장으로 끊임없이 돌아가도록 하는 도넛 형태인 토카막 장치를 이용해 플라즈마를 가둬야 한다.

그러나 갇혀있는 플라스마가 바깥과 압력, 온도 차 때문에 경계면 상태가 불안정해지는 문제가 발생한다.

상태가 불안정하면 상당한 양의 플라즈마 입자와 열이 밖으로 빠져나가는 '플라즈마 경계면 폭발 현상'이 일어나 토카막 내벽에 심각한 손상을 입힐 수 있는 위험을 안고 있어 이를 해결하기 위한 연구가 계속되고 있다.

포스텍(포항공과대)은 물리학과·첨단원자력공학부 윤건수 교수팀이 토카막 내부에서 플라즈마 경계면 폭발 현상이 일어나기 직전 발생하는 섭동(역학적 평형을 이루는 주요 힘들 외에 작용하는 부차적인 힘) 현상을 발견하고 발생 과정을 규명했다고 3일 밝혔다.

울산과학기술원(UNIST) 물리학과 박현거 교수팀, 국가 핵융합연구소(NFRI) KSTAR 연구센터와 공동으로 연구했다.

고속 밀리미터파 카메라와 초고속 전자기파 검출기를 우리나라 인공태양인 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)에 설치해 경계면 폭발현상을 관측하고 섭동 현상이 일어난다는 것을 발견했다.

연구팀은 앞으로 플라즈마 유체이론, 수치 시뮬레이션 연구에 활용할 수 있을 뿐 아니라 핵융합 관련 연구에 난제로 손꼽혀 온 플라즈마 경계면 폭발 메커니즘을 이해하는 계기가 될 것으로 기대한다고 설명했다.

윤건수 교수는 "지금까지 이론으로는 이 현상을 설명할 수 없는 상황이었다"며 "경계면 폭발과 함께 생겨나는 강력한 전자기파에 후속 연구도 하고 있다"고 말했다.

네이처 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 연구 결과를 발표했다.

미래창조과학부 핵융합연구개발 사업, 교육부 BK21플러스 사업 지원으로 연구했다.

포스텍 윤건수 교수 [포스텍 제공=연합뉴스]

포스텍 윤건수 교수 [포스텍 제공=연합뉴스]

shlim@yna.co.kr

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