서울대·APCTP, 플라즈마 물리 난제 '다중 스케일 연계' 현상 최초 입증

[사진=과학기술정보통신부]

서울대와 아시아태평양이론물리센터(APCTP) 공동 연구팀이 핵융합 실험과 우주 플라즈마 이론의 융합 연구로 플라즈마 물리 난제 중 하나인 '다중 스케일 연계(Multiscale Coupling)' 현상을 최초로 입증했다. 

7일 과학기술정보통신부에 따르면 박종윤 서울대 박사와 윤영대 APCTP 박사 연구팀은 서울대에 구축된 핵융합 실험 장치를 통해 이같은 사실을 밝혀냈다.

플라즈마는 기체, 액체, 고체가 아닌 제 4의 상태로 불린다. 물리학자들에게 미시적 현상을 이용해 플라즈마 구조 거시적 변화를 일으키는 다중 스케일 연계는 오래된 난제 중 하나다. 

공동 연구팀은 핵융합 실험 장치를 이용한 실험 데이터 분석과 한국핵융합에너지연구원 슈퍼컴퓨터(KAIROS)를 이용한 입자 시뮬레이션 검증으로 미시 자기 난류를 발생시키면 자기재연결이 효과적으로 발생해 플라즈마에 거시적 구조 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 입증했다. 자기재연결이란 자기장 에너지가 플라즈마 열에너지로 변화하는 과정을 일컫는다. 

공동 연구팀의 연구 결과는 강한 전자빔에 의해 의도적으로 발생한 미시자기 난류가 플라즈마 저항성을 높이면 자기재연결을 효과적으로 유도한다. 궁극적으로 플라즈마 거시적 구조 변화를 수반하는 다중 스케일 역학을 실험으로 구현하고 원인을 입증한 최초 사례다. 

연구팀은 이번 연구가 플라즈마 난류 제어 및 전류 구동 기술 고도화와 차세대 핵융합 장치(ST)의 안정적 운전 기술 개발에 중요한 기반이 될 것으로 전망했다. 

박 박사는 "이번 성과는 태양 플레어나 자기 폭풍 같은 우주 환경에서도 중요 역할을 하는 자기재연결 개시(Onset)에 대한 새로운 단서를 제시했다는데 큰 의의가 있다"고 했다. 

윤 박사는 "이번 연구 성과가 플라즈마 물리 분야 해석 틀을 확장하는 데 기여한 것은 물론 새로운 핵융합 기술 개발 기반이 되길 바란다"고 했다. 

한편 이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.