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서울대 공대 나용수 교수팀, 핵융합 플라즈마 가속 및 안정화 기술 개발
서울대 공대 나용수 교수팀, 핵융합 플라즈마 가속 및 안정화 기술 개발
  • 교수신문
  • 승인 2019.10.07 08:50
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외부 자기장 이용, 피지컬 리뷰 레터스 게재

서울대 공대(학장 차국헌)는 원자핵공학과 나용수 교수 연구팀(제1저자 양성무 박사)이 외부 자기장을 이용한 핵융합 플라즈마 가속 및 안정화 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

태양에서 에너지가 발생하는 원리인 핵융합 반응은 태양이 가진 매우 큰 중력으로 수소를 가두며 지속적인 반응을 만들어 낸다. 중력이 작은 지구 위에서도 자기장을 활용하면 훨씬 작은 규모로도 매우 효율적인 핵융합 반응을 만들 수 있는데, 최근 핵융합 에너지를 상용화하기 위해 이러한 연구가 각광받고 있다. 대표적인 예가 바로 토카막 장치다. 

자기장 핵융합 장치는 고온의 플라즈마를 자기장으로 가둬 핵융합 반응을 일으킨다. 플라즈마 상태에서 원자의 전자와 이온이 분리되는데 전자는 이온보다 질량이 매우 작기 때문에 자기장을 통해 훨씬 쉽게 가둘 수 있다. 반면 질량이 큰 이온은 매우 작은 자기장의 변화에도 손실이 일어나 플라즈마 회전의 감소로 이어져, 플라즈마 안정성을 감소시키는 한계가 있다. 

연구진은 기존의 상식을 뒤집어 자기장의 변화가 역으로 플라즈마 회전을 증가시키는 데 착안했다. 일반적으로 핵융합 성능을 악화시키는 비대칭 자기장을 활용해 전자의 이동을 이온보다 더 크게 만들 수 있는 조건을 찾아낸 것이다.  

이를 통해 더욱 안정적인 핵융합 플라즈마를 만들 수 있음을 국내 토카막 장치인 KSTAR(국가핵융합연구소(Princeton Plasma Physics Laboratory) 연구팀과의 공동 실험을 통해 최초로 검증하는 데 성공했다. 또한 미국 프린스턴 플라즈마 물리 연구소 소속 박종규 박사와 공동 연구를 통해 실험 결과를 컴퓨터 전산모사를 통해 정량적으로도 설명할 수 있음을 확인했다. 


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