핵융합 연구 핵심 난제, 세계 최초 규명

핵융합 연구 분야의 핵심난제가 국가핵융합연구소(NFRI) 연구진에 의해 세계최초로 규명됐다.

세계최고 성능을 자랑하는 한국형 차세대 초전도 핵융합장치 ‘KSTAR’를 운용중인 국가핵융합연구소(소장 이경수)는 핵융합 연구 분야의 핵심 난제로 꼽히는 ‘핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)’ 의 전 과정을 세계 최초로 관측했다고 14일 밝혔다.

‘경계면 불안정 현상(Edge Localized Mode [ELM])’은 KSTAR와 같은 토카막形 핵융합 장치를 이용한 실험과정에서 고온 플라즈마 경계의 큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 (instability) 현상의 하나이다.

이 현상이 발생하면 열손실과 함께 장치 내벽이 손상을 입어  ITER(국제핵융합실험로) 장치를 비롯한 핵융합로의 안정적 운전을 위해 반드시 해결해야 할 난제로 꼽혀왔다.

핵융합(연) KSTAR운영사업단과 포스텍 ‘플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터’ 윤건수 교수는 지난해 있었던 KSTAR 플라즈마 실험에서 ECEI 장치(최첨단 2차원 마이크로파 영상 진단 시스템)을 통해 ‘경계면 불안정현상’의 전 발달 과정을 세계 최초로 측정했다.

기존 핵융합장치에서는 진단 장치의 한계로 단순히 일차원적 현상만 측정할 수 있었던 것과 달리, KSTAR에서는 경계면 불안정 현상의 생성부터 붕괴까지의 모든 과정을 고해상도의 이차원 영상으로 측정하는데 성공했다.

이는 핵융합 물리 연구 및 국제 공동으로 개발 중인 ITER 장치 운전에서 불안정 현상을 제어하는 기술 개발에 중요한 자료가 될 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 세계 핵융합 물리 연구자들의 관심을 받으며, 물리분야의 세계적 학술지  가운데 하나인 ‘Physical Review Letters’를 통해 소개됐다.

이번 실험에 활용된 2차원 영상장치는 기존 핵융합 진단 장치의 한계를 넘어 3차원 공간에서 발생하는 핵융합 플라즈마 현상 연구를 위해 포스텍에서 개발, 지난해 KSTAR에 설치됐다. 연구소는 한발 더 나아가 내년에는 세계 최초로 3차원 영상 측정을 시도할 예정이다. 

권면 KSTAR운영사업단장은 “이번 성과는 국내 핵융합 연구의 중심장치로 운영되고 있는 KSTAR를 활용한 국내 학․연 공동 연구의 대표적 성과”라며 “ITER 장치의 성공적 운영에 큰 기여를 하게 될 것”이라고 말했다.