핵융합연, '블랙 오로라'의 비밀 핵융합 연구로 풀었다

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오로라의 어두운 부분인 '블랙 오로라'에서 발생하는 강한 전기장은 이온과 중성 입자의 상호 작용으로 나타나는 현상이라는 사실을 국내 연구진이 세계에서 처음으로 규명했다.

국가핵융합연구소(소장 직무대행 유석재)는 이관철 KSTAR연구센터 박사가 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마 현상 분석법을 활용, 블랙 오로라의 전기장 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

극지방에서 관찰되는 오로라의 모습. 빛을 발하는 곳 사이의 검은 부분이 블랙 오로라로 통칭된다.
<극지방에서 관찰되는 오로라의 모습. 빛을 발하는 곳 사이의 검은 부분이 블랙 오로라로 통칭된다.>

블랙 오로라의 강한 전기장은 통신 장애 원인이 되지만 아직까지 명확한 규명이 이뤄지지 않았다.

이관철 박사는 자체 개발한 '자이로 중심 이동 분석법'으로 플라즈마를 구성하는 이온이 위치를 바꾸는 과정에서 플라즈마 경계면에 전기장이 발생한다는 사실을 밝혀 냈다. 핵융합 장치에서 만들어지는 초고온 플라즈마 가장자리에는 이온화되지 않은 중성 입자가 존재한다. 이 중성 입자가 플라즈마를 이루는 이온과 충돌하면서 운동의 축 위치가 바뀌어 전기장이 발생한다.

블랙 오로라뿐만 아니라 적도 부근 고도 약 100㎞ 상공의 지구 이온층에서 발생하는 '적도고층전류'의 수직 방향 전기장도 같은 전류 현상이다.

이관철 국가핵융합연구소 KSTAR연구센터 박사
<이관철 국가핵융합연구소 KSTAR연구센터 박사>

이번 연구 결과는 기존 플라즈마 물리학의 기본 원리인 '준중성 이론'이 플라즈마 경계 영역에서 성립되지 않는다는 사실을 보여 주는 것이어서 주목된다.

자이로중심이동분석법을 활용한 플라즈마 경계면의 자기장 연구는 앞으로 핵융합 상용화 기술 개발을 위한 고성능 플라즈마 운전 모드 제어 방법을 찾고, 플라즈마 경계면의 손상을 줄일 수 있는 상용 핵융합로 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이 박사는 “핵융합 장치에서 만드는 초고온 플라즈마는 우주와 유사한 현상을 보인다”면서 “핵융합 플라즈마 연구로 오로라와 같은 자연 현상의 물리 법칙을 규명한 것도 흥미롭지만 이 같은 방법으로 핵융합 연구의 난제를 해결할 수 있다는 사실을 알리고 싶다”고 소감을 밝혔다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com