UNIST(총장 정무영)는 박현거 핵융합플라즈마물리연구센터장 연구팀과 윤건수 POSTECH 교수 공동 연구팀이 자기장에서 만들어진 난류가 '핵융합 플라즈마 경계면 불안정성 현상(ELM)'을 억제하는 원리를 밝혀내는데 성공했다고 8일 밝혔다. 

ELM은 토카막(플라즈마 저장 용기)형 핵융합장치의 고온 플라즈마 경계면에서 큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 현상이다. ELM은 플라즈마 가장자리를 붕괴시켜 안정적인 핵융합 반응을 방해, ELM의 이해와 제어는 세계 핵융합계에서 중요한 문제로 다뤄졌다. 

공동연구팀은 한국형 초전도핵융합장치인 KSTAR에 설치된 '3차원 전자온도 섭동영상' 진단장치로 기존에 관측하기 어려웠던 난류를 관측했다. 연구팀은 최근 몇 년간 KSTAR에서 자장섭동을 이용한 ELM 억제 실험서 성과를 거둬왔다. 

이번 연구에서는 자기장으로 플라즈마를 제어할 때 생기는 작은 소용돌이 형태의 난류가 ELM에 의한 플라즈마 붕괴를 막을 수 있다는 걸 밝혀냈다. 기존 연구에서도 토카막 제어용 자기장이 ELM을 완화시키는 실험 결과를 발표한 적은 있었지만 현상에 대해 구체적인 원리까지 밝히는 것은 이번이 처음이다. 

제1저자로 참여한 이재현 UNIST 핵융합플라즈마물리연구센터 박사 후 연구원은 "이번 연구에서 제어용 자기장이 ELM 발생 자체를 막지 못한다는 점은 기존에 알려진 이론이나 시뮬레이션 결과와 다른 점"이라며 "핵융합 플라즈마 분야 연구자에게는 시사하는 바가 크다"고 설명했다. 

박현거 교수는 "이번 연구 결과들은 ELM을 제어하는 최적의 방법인 자장섭동 방식의 근본 원인을 밝혀 예측 가능한 해로운 불안정성 제어 개발에 초석이 될 것"이라며 "KSTAR가 핵융합 고온 플라즈마 연구의 패러다임을 바꾸는 역할을 하고 있음을 입증했다"고 밝혔다. 

이번 연구결과는 물리학 분야 학술지인 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)' 8월 12일자에 실렸다.