30년 플라즈마 난제 실마리 찾아

경계면 불안정성(ELM) 억제 원리 밝혀

국내 연구진이 핵융합 연구 분야에서 지난 30년간 풀리지 않았던 난제의 실마리를 찾았다.

국가핵융합연구소는 박현거 울산과기원(UNIST) 핵융합플라즈마물리연구센터 센터장과 윤건수 포스텍 교수 공동 연구진이 자기장에서 만들어진 ‘난류’가 ‘핵융합 플라즈마 경계면 불안정성 현상(ELM)’을 억제하는 원리를 찾았다고 8일 밝혔다.

태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 통해 에너지를 생산하려면, 핵융합로 내부에 플라즈마를 안정적으로 오래 가둘 수 있어야 한다.

그러나 핵융합로에 갇힌 초고온 플라즈마는 바깥과 큰 압력 및 온도차로 불안정한 특성이 있다.

그중에서도 플라즈마 가장자리에는 파도처럼 규칙적인 패턴이 생기는 ELM이 발생한다.

ELM은 플라즈마 가장자리를 갑자기 풍선처럼 터지게 만들기도 해 핵융합로 내부를 손상시키고 플라즈마를 안정적으로 가두는데 방해 요소가 된다.

연구진은 자기장으로 플라즈마를 제어할 때 생기는 작은 소용돌이 형태의 난류가 ELM에 의한 플라즈마 붕괴를 막을 수 있다는 걸 찾아냈다. 즉, 난류들이 ELM 성장을 방해한다는 것이다.

지금까지 자기장이 플라즈마에 어떠한 영향을 미쳐 플라즈마가 붕괴되지 않는지에 대한 구체적인 원리는 밝혀진 바 없었다. 그러나 자기장이 ELM을 완화시키는 실험 결과가 발표된 적은 있었다. 연구진은 이 현상이 왜 일어나는지에 대한 원리를 처음 밝혀낸 것이다.

박현거 센터장은 “핵융합 난제 중 하나인 제어용 자기장과 ELM 억제의 상관관계를 밝히는 실마리를 제공했다는 점에 의의가 있다”고 말했다.

이번 연구 성과는 지난달 12일 물리학 분야 최고 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters)’에 실렸다. 최소망 기자 somangchoi@