[위즈뉴스] 국내 연구진이 미래 핵융합 상용로의 새로운 운전 방법을 발견했다.
서울대는 13일, 공과대학 원자핵공학과 나용수 교수 연구팀과 한국핵융합에너지연구원 연구진이 미국 주요 대학 및 연구소와 공동연구를 통해 한국의 인공태양이라 불리는 KSTAR에서 1억도 초고온, 고성능 플라즈마를 얻는 새로운 운전 방법을 발견했다고 밝혔다.
이번 연구성과를 담은 논문은 국내 핵융합 연구로는 처음으로 SCI급 저명 국제학술지 '네이처(Nature, IF=69.504)' 9월 8일자에 게재됐다.
논문명은 'A sustained high-temperature fusion plasma regime facilitated by fast ions'이며, 서울대 나용수 교수가 교신저자로, 한국핵융합에너지 한현선 연구원과 서울대 박상진 연구원이 공동제1저자로 참여했다.
공동연구팀의 나용수 교수는 "FIRE 모드는 플라즈마 가열 시 발생한 높은 에너지의 입자들이 플라즈마 내부의 난류를 안정화시켜 플라즈마 온도를 급격하게 높이게 된 운전모드"이며 "예측한 대로 실험이 진행되지 않았던 실패한 실험 결과를 분석하다가 새롭게 얻어진 창의적인 결과물로 한국의 핵융합 연구가 기존과 다른 독창적인 방식으로 이루어질 수 있음을 보여준 사례"라고 말했다.
태양과 같이 핵융합 반응으로 지구에서 에너지를 생산하기 위해서는 초고온·고밀도 상태의 플라즈마를 핵융합로에 장시간 안정적으로 가두는 기술을 확보하는 것이 핵심이다. 이를 위해 전 세계 핵융합 연구자들은 관련 이론 연구 및 KSTAR와 같은 핵융합 장치에서의 실험을 통하여, 가장 효율적인 플라즈마 운전 방법을 찾기 위해 노력하고 있다.
서울대 연구팀은 2018년 KSTAR에서 다른 실험을 진행하던 중 의도치 않게 1억도 플라즈마를 얻게 되었는데, 데이터를 분석한 결과 다른 실험과 달리 새로운 기작으로 인해 플라즈마의 성능이 향상되었다는 것을 착안하게 되었다.
이후 한국핵융합에너지연구원에서도 다른 과정을 통해 비슷한 실험을 수행하고 있음을 알게 됨에 따라, 국내외 연구진과 함께 KSTAR 실험 분석 및 시뮬레이션 검증을 통해 고에너지 이온의 높은 분포가 플라즈마의 불안정성을 낮추고 플라즈마 성능을 향상시킨다는 사실을 밝힘으로써, 새로운 고성능 운전 시나리오를 제시했다.
이 시나리오를 기반으로 2021년 세계 최초로 1억도 30초 운전에 성공하였다.
나용수 교수는 이 새로운 운전시나리오를 FIRE(Fast Ion Regulated Enhancement)모드로 명명하였다.
FIRE 모드는 유럽연합, 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 그리고 한국이 건설하고 있는 국제핵융합실험로(ITER)의 기본 운전방법 보다 높은 플라즈마 성능을 보이면서, 중대한 불안정성이 발생하지 않고, 운전 제어도 용이하다는 특징이 있다.
공동연구팀은 "이번 네이처(Nature)지 게재는 지난 몇 년간의 KSTAR에서 이루어 낸 초고온 장시간 운전 성과의 독창성이 일반 학계에서도 인정 받았다는 의의가 있다"며 "관련 연구성과는 고에너지 이온의 물리적 이해를 바탕으로 향후 ITER 및 핵융합 실증로 운전에도 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
