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국내 연구진이 핵융합에너지 실현을 앞당길 수 있는 새로운 물리 원리를 발견했다.
한국연구재단은 서울대 나용수 교수와 함택수 교수 연구팀이 핵융합 장치 내부에 존재하는 고에너지 입자들이 기존에 알려졌던 것처럼 성능을 저해하는 것이 아니라 오히려 핵융합 성능을 높일 수 있다는 사실을 실험과 시뮬레이션 분석을 통해 규명했다고 5일 밝혔다.
핵융합에너지는 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 땅 위에서 일으키는 발전방식으로, 땅 위의 인공태양이라고도 부른다.
태양이 에너지를 생산하는 것처럼 원자를 결합하는 과정에서 거의 무한한 에너지를 얻을 수 있다.
상용화를 위해서는 핵융합 장치 내 섭씨 1억 도에 달하는 초고온 상태의 '플라스마'(고체·액체·기체를 넘어선 제4의 상태)를 오랜 시간 안정적으로 발생시켜야 한다.
플라스마는 온도와 밀도가 조금이라도 불균일해지면 난류(turbulence)가 생성돼 핵융합 반응을 방해하기 때문에 이를 제어하는 기술 개발이 중요하다.
연구팀은 다양한 토카막 장치(초고온 플라스마를 자기장으로 가두는 도넛 모양 장치)에서 수행된 실험과 시뮬레이션 결과를 토대로 고에너지 입자가 플라스마 난류를 억제하는 원리를 규명했다. 고에너지 입자는 자기장 구조 변화, 플라스마 내 이온 밀도 희석, 난류와의 공명 상호작용, 불안정성 유발 등 네 가지 물리 기작에 의해 플라스마 난류와 상호작용해 난류를 억제하며, 특히 전단 유동(zonal flow·자연에서도 흔히 관찰되는 띠처럼 생긴 대칭적인 유동 흐름)을 강화해 난류를 억제한다는 것을 확인했다.
한국의 핵융합 장치인 케이스타(KSTAR)에 적용, 초고온 플라스마를 장시간 유지하기 위한 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
나용수 교수는 "핵융합 장치에서 고에너지 입자를 활용해 출력을 높일 수 있는 가능성을 제시했다"며 "앞으로 소형 핵융합로나 실증로 설계에 적용돼 핵융합 상용화에 기여할 것"이라고 기대했다.
- 연합뉴스
- 저작권자 2025-06-09 ⓒ ScienceTimes
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