핵융합 플라즈마 불안정 현상 완벽 억제 최초 성공

국가핵융합연구소(소장 권면)가 핵융합 연구의 최대 난제를 풀어 냈다. 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)을 완벽히 억제하는데 성공했다. 국가핵융합연구소는 KSTAR가 핵융합 연구계에서 그동안 풀지 못한 난제 중 하나인 핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM:Edge Localized Mode)을 억제하는데 성공했다고 3일 밝혔다.

지금까지 초전도 핵융합 장치에서 경계면 불안정 현상을 완화한 사례는 있었지만, 완벽한 억제에 성공한 것은 이번이 처음이다. 경계면 불안정 현상은 토카막(플라즈마 밀폐장치)형 핵융합장치의 고온 플라즈마 경계면에서의 큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 현상의 하나다. ELM이 발생하면 플라즈마 내부의 에너지가 밖으로 유출돼 토카막 장치의 밀폐 성능이 떨어질 수 있고 내벽에도 손상을 줄 수 있기 때문에 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결돼야 한다.

특히 고성능 플라즈마 밀폐상태인 'H-모드' 상태에서는 반드시 ELM 현상이 일어날 수밖에 없기 때문에 이 같은 현상을 제어하는 것이 초전도 핵융합장치의 핵심 과제로 꼽히고 있다.

▲권면 핵융합연 소장. ⓒ2011 HelloDD.com
핵융합연 KSTAR 사업단은 자장섭동, 초음속 분자기스 투입, 플라즈마 수직이동 등의 간단한 방법으로 ELM 억제에 성공, 'H-모드'를 기존 1초에서 최대 5.2초까지 안정적으로 연장하는데 성공했다.

플라즈마 운전 시나리오를 바탕으로 플라즈마 형상 변화를 예측해 장시간 플라즈마를 안정적으로 발생시키고 유지·종료시키는 데에도 성공해 플라즈마 전류 600kA(최고 1MA), 지속시간 약 8초(최장 약 12.4초)를 달성했다.

권면 소장은 "ELM 현상 제어기술을 국제핵융합실험로인 ITER에 적용하는 방안을 고심하고 있다"면서 "이번 기술은 세계 핵융합 연구계에 의미 있는 성과로 KSTAR가 본격적으로 세계적인 핵융합 연구 성과를 달성하고 있음을 보여주는 것"이라고 말했다.

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