나용수 서울대 교수팀, 토카막 시동 시 발생
폭주 전자 형성 제공..핵융합로 설계 기여
폭주 전자 형성 제공..핵융합로 설계 기여
한국연구재단은 나용수 서울대 원자핵공학과 교수 연구팀이 핵융합로의 '토카막'을 시동할 때 발생하는 폭주 전자의 형성 원리를 규명했다고 28일 밝혔다.
'인공태양'으로 불리는 핵융합 발전은 지구에서 구현하려면 인공태양 장치인 토카막을 만들고, 바닷물에서 얻은 원료를 이용해 핵융합 반응을 일으켜 청정에너지를 생산하는 발전 방식이다.
토카막은 둥근 도넛 모양의 장치 안에 자기장을 걸어 1억도의 초고온 플라즈마를 가두는 역할을 한다. 토카막에서 핵융합 반응을 일으키려면 먼저 고온의 플라즈마를 발생시키는 시동을 해야 하는데, 이를 위해선 강한 전기장이 필요한다. 강한 전기장은 폭주 전자(가속을 억제할 수 없는 고에너지 전자)를 발생시켜 플라즈마 형성을 방해하고, 장치에 심각한 손상을 일으킨다.
토카막 상용화를 위해선 폭주 전자의 형성 원리를 규명하고, 발생을 정확하게 예측할 수 있어야 한다. 연구팀은 독일 막스 플랑크 연구소, 국제핵융합실험로(TER )국제기구와 공동 연구를 통해 폭주 전자를 기술할 수 있는 동역학 이론을 일반화하고, 이에 대한 새로운 발생 기전을 규명했다. 토카막 시동 중 수소 원자와 비(非)탄성 상호작용(에너지 전달에 의한 수소 원자의 내부 상태 변화가 수반되는 상호작용)을 겪지 않는 일부 전자들이 폭주 전자를 일으킨다는 것을 밝혀냈다.
기존 이론으로는 폭주 전자의 위험성이 과소 평가될 수 있음을 예측해 실험값을 조정했다고 설명했다.
나용수 서울대 교수는 "정확한 폭주 전자 형성률을 제공해 한국형 핵융합 실증로뿐만 아니라 ITER 시동 설계에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(지난달 24일자)' 온라인판에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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