핵융합에너지 상용화 난제 해결할 예측모델 개발

한미 연구진 'ELM 억제' 검증 성공

지난 4일 대덕연구단지 국가핵융합연구소에서 직원들이 KSTAR 플라즈마 발생 실험 횟수 2만번 달성을 자축하고 있다. /사진제공=국가핵융합연구소

한미 연구진이 핵융합에너지 상용화 난제를 해결할 수 있는 예측모델을 만들었다. 핵융합은 가벼운 원자핵을 합쳐 더 무거운 원자핵을 만드는 것으로 핵융합연료 1g이 석유 8톤에 버금가는 생산력을 갖고 있다. 태양 원리와 같아 핵융합시설을 ‘인공태양’이라고 부른다.

국가핵융합연구소는 미국 프린스턴 플라즈마연구소의 박종규 박사팀과 함께 핵융합장치 플라즈마 경계면 불안정 현상(Edge-Localized Mode·ELM) 억제조건을 예측하는 이론모델을 정립하고 실험적으로 검증했다고 12일 밝혔다.



핵융합은 핵융합로 내부에 초고온 플라즈마를 안정적으로 오래 가둬야 더 많은 에너지가 나올 수 있다. 플라즈마는 기체에 에너지를 더 가하면 나타나는 모습이다. 핵융합로에 갇힌 초고온 플라즈마는 바깥 부분과 큰 압력·온도 차로 가장자리에 파도처럼 규칙적인 패턴이 생기는 ELM을 발생시킨다. 이렇게 되면 핵융합로 내벽 손상이 일어나게 된다. 이 현상은 1980년대 독일의 토카막 형태 핵융합로에서 처음 발견돼 국제 연구팀은 해결책 마련에 안간힘을 써왔다.

연구팀은 한국의 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’ 실험 결과 분석을 바탕으로 진공 용기 내부 3차원 자기장 인가장치를 활용한 연구를 진행했다. ELM 억제의 중요한 실마리를 확보한 뒤 이를 기반으로 플라즈마 반응을 고려한 이론모델을 수립했다. 그동안 ELM 억제를 위해 3차원 자기장을 이용한 여러 모델을 사용했으나 실험으로 정밀하게 정합성이 검증된 경우는 이번 모델이 유일하다고 박 박사는 설명했다. 연구논문은 네이처 피직스에 실렸다.

핵융합연의 윤시우 KSTAR연구센터장은 “국제핵융합실험로(ITER)나 핵융합실증로에서의 ELM 제어 방안 불확실성을 해소할 수 있는 계기가 될 것”이라고 말했다. /고광본 선임기자 [e-mail]