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서울대 원자핵공학과 나용수 교수팀, 공동연구로 KSTAR 핵융합 플라즈마 1억도 20초 유지 세계신기록 수립

작성자 : 관리자|등록일 : 20.12.14|조회수 : 457번 읽음

서울대 원자핵공학과 나용수 교수팀,
공동연구로 KSTAR 핵융합 플라즈마 1억도 20초 유지 세계신기록 수립



왼쪽부터 서울대 원자핵공학과 나용수 교수, 박상진, 이영호, 이찬영 연구원
 
 서울대학교 원자핵공학과 나용수 교수와 박상진, 이영호, 이찬영 연구원 팀이 국내 및 해외연구기관과의 공동연구로 KSTAR에서 1억도 플라즈마를 20초간 유지하는 세계 신기록을 달성했다.
플라즈마는 원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직이는 물질의 상태로, 지구에서 핵융합 에너지를 통한 발전을 위해서는 1억도 이상의 이온 온도를 안정적으로 유지하는 것이 중요하다.
KSTAR는 자기장을 이용해 플라즈마를 가두는 도넛 모양의 핵융합 장치로, 초전도 자석을 사용함으로써 다른 구리 자석을 이용하는 장치에 비해 우수한 성능을 지닌다. 나용수 교수팀은 2018년 KSTAR에서 이온 온도 1억도 이상 추정되는 초고온 플라즈마를 최초 달성한데 이어, 올해 한국핵융합연구원과 미국 컬럼비아대학과의 공동연구로 20초 이상 유지하는데 성공하였다. 기존 일본과 유럽의 대형 토카막 장치들이 1억도 이온을 10초 이하 유지한 것에 비해 2배 이상을 연장한 성과다.
초고온의 플라즈마를 만들기 위해서는 플라즈마 온도가 식지 않도록 난류를 제어하는 내부수송장벽(ITB)를 형성해야 한다. 연구팀은 플라즈마 외부 자기장을 기존 방식과 다르게 변형하고, 플라즈마 밀도를 낮춤으로써 초고온 내부수송장벽을 발생시키는 데 성공했다.

 

  ▲ KSTAR 실험 장치 및 1억도 20초 달성 실험에서의 이온 온도 그래프. 1억도 이상의 이온 온도가 20초 이상 유지되는 것을 볼 수 있다.
 
윤시우 한국핵융합연구원 센터장은 “핵융합 에너지는 핵분열 반응을 이용한 원자력 발전보다 효율은 10배 이상 높으면서 방사성 물질 누출 우려가 없는 차세대 청정에너지”라며 “이번 성과는 국제핵융합로 ITER 실험에 기여할 것”이라고 말했다.
서울대학교 나용수 교수는 “KSTAR에서 기존 내부수송장벽의 여러 문제점을 해결하여 장시간 초고온 운전에 성공함으로써 핵융합에너지 실현을 위한 핵융합로 운전 기술 개발에 한 발짝 더 나아가게 됐다”고 의의를 나타냈다.
이번 실험 결과는 올해의 10대 과학기술뉴스 후보에 올랐으며 내년 5월에 열리는 ‘IAEA 핵융합에너지 콘퍼런스’에서 전 세계 핵융합 연구자들에게 공개될 예정이다.
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