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미래 에너지 기술인 핵융합에너지 개발 방식은 크게 토카막 형태의 자기 밀폐 핵융합과 레이저 핵융합이 있습니다.

우리나라는 국가핵융합연구소에서 운용중인 KSTAR를 이용한 자기 밀폐 핵융합을 중심으로 연구가 진행되고 있습니다.

레이저 핵융합은 영화 '체인리액션'의 소재로 등장합니다.

반드시 그런 것은 아니지만 자기 밀폐 핵융합은 순수 에너지 발생을 위해 연구되는 반면 레이저 핵융합은 미국 등에서 군사적 목적으로 진행되는 경우가 많습니다. 

한국원자력연구원이 자기 밀폐 핵융합과 레이저 관성 핵융합 등 핵융합의 두가지 방식에 관해 중국과 공동 연구에 착수했습니다.


연구 과제는 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구'와 '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측 기술협력 연구' 입니다.

□ 자기 밀폐 방식 핵융합 기술 개발을 위한 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구' 과제는 한국원자력연구원 핵융합공학기술개발센터 장두희 박사가 중국 허페이과학원 플라즈마물리연구소 허췬동(Hu Chundong) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

자기 밀폐 핵융합은 1억 ℃ 이상의 고온에서 플라즈마로 변한 중수소와 삼중수소를 토카막 자기장을 이용해서 밀폐시켜 핵융합 반응을 지속시키는 핵융합 방식입니다.

이 때 토카막 내부의 온도를 높이는 중성입자빔 입사(NBI; Neutron Beam Injection) 시스템은 수소 양이온 입자들을 높은 전압을 이용해서 빠른 속도로 가속한 뒤 중성화시켜서 핵융합 장치 내부의 플라즈마에 충돌시킴으로써 핵융합이 가능한 섭씨 1억 ℃ 이상까지 온도를 끌어올리기 위한 보조 가열장치 중 하나입니다.

자기 밀폐 핵융합 연구장치로 우리나라는 국가핵융합연구소가 KSTAR를 운영 중이고 중국은 EAST를 운영 중입니다.

한국원자력연구원은 KSTAR용 NBI를 순수 국내 기술로 개발, 지난 2007년 1.6㎿ 빔출력에서 300초 연속 운전에 성공했고, 향후 빔출력을 총 6㎿로 높이는 연구를 할 예정입니다.

중국은 출력 4㎿, 1000초 연속 운전에 도전합니다.

□ '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측기술 협력 연구' 과제는 한국원자력연구원 양자광학연구부 이용주 박사가 중국상해과학원 광학정밀기계연구소 주지안창(Zhu Jianqiang) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

중수소와 삼중수소로 이루어진 연료 펠릿에 레이저를 집중시키면 펠릿이 관성에 의해 정지하고 있는 사이에 펠릿 표면에서 주위로 분출하는 플라즈마의 반작용으로 내부 압축이 일어나는데, 압축된 연료에 열핵반응이 생기는 현상을 '레이저 관성 핵융합'이라고 합니다.

한국은 짧은 시간에 강한 에너지를 발생시킬 수 있는 소규모 레이저 장치를 보유하고 있고, 중국은 큰 에너지를 오랜 시간 발생시킬 수 있는 대규모 장치를 보유하고 있습니다.

양국 연구진은 두 장치 기술을 융합해서 고밀도 플라즈마를 제어하는 기술, 플라즈마와 전자의 움직임 등을 측정하는 정밀 계측기술 분야에 대해 서로 협력 연구를 진행할 예정입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

한국형 핵융합로 KSTAR가 최근 플라즈마 발생 실험을 통해 핵융합 연구의 최대 난제 중 하나로 꼽히는 '핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)' 제어에 성공했습니다.

경계면 불안정 현상(Edge Localized Mode :ELM)은 토카막형 핵융합 장치의 높은 밀폐 상태에서 발생하는 고온 플라즈마 경계의 큰 압력 변화로 인한 불안정(instability) 현상의 하나로, 발생 시 열손실과 장치 내벽에 손상을 주게 되어 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결해야 하는 난제입니다.


이번 KSTAR의 성과는 초전도 핵융합 장치에서 경계면 불안정 현상을 '완벽하게 억제'한 최초 사례입니다.

자장섭동에 의한 ELM 제어

□ 국가핵융합연구소 KSTAR운영사업단은 지난 4월부터 9월까지 수행한 KSTAR의 4번째 장치 운전 및 플라즈마 발생 실험에서 고성능 플라즈마 밀폐 상태인 H-모드를 유지하면서 자장섭동, 초음속 분자가스 투입, 플라즈마 수직이동 등의 방법을 이용하여 ELM 현상을 완벽하게 제어했습니다.

H-모드는 플라즈마 운전에 있어서 D자형으로의 형상제어와 더불어 일정 출력수준이상의 가열장치를 가동한 결과 동일한 환경 하에서 플라즈마 밀도와 온도가 약 2배 증가되는 현상입니다.

KSTAR는 지난해 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 H-모드를 달성했습니다.

그런데 H-모드 상태에서의 ELM 제어는 현존하는 전 세계 토카막형 핵융합 장치가 당면한 시급 문제로, 특히 국제 공동으로 개발하고 있는 ITER장치를 비롯해 향후 핵융합로의 안정적 운전을 위해 반드시 개발되어야 하는 기술입니다.

국가핵융합연구소는 이번 KSTAR 실험을 통해 간단한 자장섭동으로도 ELM 완화 효과를 얻음에 따라 이를 ITER와 같은 핵융합로에서 ELM현상 해결을 위한 방법으로 적용할 수 있음을 확인했습니다.

KSTAR 2011 Long-Pulse 운전 및 연장된 H-모드

□ KSTAR는 또한 지난해 H-모드의 첫 달성에 이어 올해 향상된 고성능 플라즈마 제어 기술을 이용하여 H-모드를 최대 5.2초 까지 안정적으로 연장, 유지했습니다.

플라즈마 전류는 600kA(최고 1MA), 지속시간 약 8초(최장 약 12.4초)를 기록했습니다.

KSTAR 운전에 따른 연도별 플라즈마 파형 비교

관련 글 KSTAR, 세계 최초 H-모드 성공<http://daedeokvalley.tistory.com/6>


 용  어  설  명

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) :
미래의 무한 에너지 자원인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, '95년 부터 '07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, '08년 최초플라즈마 발생에 한 이후 핵융합 상용화 기술 개발을 위해 본격 연구 단계에 들어선 연구시설.

경계면불안정 현상(Edge Localized Mode : ELM) :
토카막형 고온 플라즈마 경계 면에서의 큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 (instability) 현상의 하나로서 1980년대 독일의 ASDEX 장치에서 처음 발견되었음. ELM 발생 시 플라즈마 내부의 많은 에너지가 밖으로 유출되면서 토카막 장치의 가둠 성능이 저하되며 유출된 에너지는 토카막 내벽에 큰 손상을 줄 수 있기 때문에 ELM은 ITER 핵융합장치의 안정적인 운전을 위해 반드시 제어되어야 하는 현상으로 인식되어 현재까지 전 세계의 모든 주요 핵융합장치에서 그 발생 메커니즘 및 제어 방법 등이 연구되고 있음.

토카막(Tokamak) :
태양처럼 핵융합 반응이 일어나도록 인공적인 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치로 러시아에서 처음 개발되어 현재 작동중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로는 대부분 토카막 방식을 채택하고 있음 

H-모드(High-confinement Mode) :
토카막형 핵융합장치의 운전에 있어 특정 조건 하에서 플라즈마 밀폐성능이 약 2배로 증가하는 현상으로서, 1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정되어 알려졌으며, 이는 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 대표한다. ITER장치 또한 H모드로 운전하도록 계획되어 있으며, 초전도 핵융합장치에서의 H모드는 지난해 KSTAR에서 처음 달성하였음.
 
국제핵융합실험로 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) :
핵융합에너지 상용화를 위한 과학적?기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 유럽연합, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 대형 국제 협력 프로젝트

posted by 글쓴이 과학이야기

국내 기술로 개발한 초전도 핵융합장치 KSTAR가 국제핵융합실험로 ITER의 마이크로파(혹은 초고주파) 가열을 위해 개발된 '170GHz 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD) 시스템'을 이용해 핵융합 장치의 초기 시동 및 플라즈마 가열에 최근 성공했습니다.

KSTAR 가열장치실에 설치된 170 GHz 고출력 마이크로파 가열 및 전류구동 시스템

현재 개발된 장치 중 가장 높은 주파수를 가진 '170기가헤르쯔(GHz) 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD)시스템'은 핵융합 장치에서 생성되는 플라즈마의 부분적인 가열과 전류 분포 제어에 가장 효과적인 장치로, ITER를 포함한 미래 핵융합로의 가열장치 분야 핵심 기술로 평가되고 있습니다.  

이번 성과는 핵융합 가열장치의 시스템 개발 초기단계에서부터 시스템 개발 및 통합과 실제 핵융합 장치에 적용하는 단계까지 ITER사업에 참여하는 한·미·일 등 다국 간 국제협력 프로그램을 통해 이루어진 대표적인 과학기술 분야의 국제협력 성공 사례로서 의미가 큽니다.

이번 실험에 사용된 ECH/CD 가열 시스템의 가장 핵심 부품인 170GHz, 1MW급 자이로트론 발진기는 ITER 장치의 가열을 위해 일본에서 개발된 최신 장치입니다.

한-일 핵융합협력 약정을 통해 일본 JAEA연구소에서 무상 임대한 170 GHz, 1 MW급 자이로트론 발진기

국가핵융합연구소는 한·일 핵융합 협력 약정을 기반으로 지난 7월 일본원자력연구개발기구(JAEA)로부터 이를 무상 임대 받아 KSTAR에 설치했습니다.

초고주파의 위치 제어가 가능한 마이크로파 빔 입사 장치는 미국 프린스턴플라즈마물리연구소(PPPL)와 국내 KSTAR 공동연구거점센터 중 하나인 포스텍의 '플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터'가 공동으로 개발해 지난 4월 KSTAR에 설치됐습니다. 
  
또 핵융합연의 KSTAR 운영사업단은 자이로트론 운전용 대용량 고전압 전원장치 및 통합 제어 시스템을 성공적으로 개발하고 설치해 최대 0.5MW급에 준하는 170GHz 마이크로파 빔을 KSTAR 장치에 입사하는 실험도 성공시켰습니다.

'170GHz ECH/CD 시스템은 미래 핵융합로에서의 플라즈마 전자가열과 플라즈마 전류분포 불안정성을 억제하고 제어하는 데 필수적인 시스템으로, 이를 위해 자이로트론 발진기 및 주요 핵심 부품의 개발을 위한 ITER 회원국 간의 국제협력이 활발히 진행되고 있습니다.

이번 170GHz ECH/CD 장치의 KSTAR 최초 적용은 세계 핵융합 전문가들의 주목을 받고 있으며, 향후 ITER 장치의 가열장치 개발은 물론 설치 및 시운전 뿐 아니라 ITER 초기 시동 시나리오 개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있습니다.
 
권면 KSTAR 운영사업단장은 이번 성과가 ITER에 적용될 가열 시스템의 기본실험이 국제핵융합공동연구장치로 주목받고 있는 KSTAR에서 먼저 수행되었다는 점에서 국제협력 거대장치 개발 중 대표적 성공사례로 의미를 부여했습니다.

한편 지난 4월부터 4번째 장치 가동에 들어간 KSTAR는 현재 플라즈마 발생 실험을 진행 중이며, 8월 말까지 플라즈마 실험을 진행한 후 장치 승온 작업 등을 통해 9월 말 가동을 마칠 예정입니다.
 

KSTAR 토카막 내부에 설치된 빔 입사 위치 제어 장치 (빨간색 원의 내부)

빔 입사 위치 제어 장치의 핵심 부품인 조사 거울 (steering mirror)의 모습



   용 어 설 명

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) : 미래의 무한 에너지 자원인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, '95년 부터 '07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, '08년 최초플라즈마 발생에 성공하여 장치성능을 입증한 이후로 본격 가동에 돌입하여 국제핵융합 공동 연구시설 운영되고 있음  

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) : 국제핵융합실험로, 핵융합에너지 상용화를 위한 과학적?기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 유럽연합, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 대형 국제 협력 프로젝트

토카막(Tokamak) : 태양처럼 핵융합 반응이 일어나도록 인공적인 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치로 러시아에서 처음 개발되었으며, 현재 작동중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로는 대부분 토카막 방식을 채택하고 있음 

마이크로파 플라즈마 가열 및 전류구동(Electron Cyclotron Heating and Current Drive)장치 : 핵융합 플라즈마 내에 존재하는 전자의 회전 운동과 공명(resonance)하는 주파수를 가진 마이크로파를 입사하여 전자를 선택적으로 가열하고 운동에너지를 전달하여 전류를 발생시키는 장치임. 전 세계 대부분의 토카막형 핵융합 장치에서 플라즈마 가열과 전류 제어용으로 다양한 실험을 위해 사용되고 있음  

자이로트론 (Gyrotron) : 자이로트론은 수 GHz(GHz는 FM라디오 주파수의 1000배 수준)에서 수백 GHz 대역의 광범위한 주파수를 가진 마이크로파를 최대 MW 급으로 발진하는 발진기로서, 발진기 내부에서 고에너지 전자빔의 파워를 마이크로파로 변환시키는 장치 임. 자이로트론 내부에 있는 전자총에 의해 고에너지 전자빔이 가속되며 강한 외부 자기장에 의해 회전 운동을 하며 특수한 형상의 공동(Cavity)구조에 도달하면 마이크로파가 발진됨

이재형 기자 1800916@cctoday.co.kr

posted by 글쓴이 과학이야기
2011.04.25 06:30 분류없음

대덕의 가치가 TEDxDaedeokvalley(TEDxDV)를 통해 전 세계에 퍼집니다.

비영리단체 문화가치원은 내달 7일 UST(과학기술연합대학원대학교) 대강당에서 대덕의 정부출연연구기관 및 대학이 참가하는 제1회 TEDxDV를 개최합니다.

TED는 ‘퍼뜨릴만한 가치가 있는 지식’을 나누는 세계에서 가장 영향력 있는 비영리 국제 컨퍼런스 중 하나입니다.

이번 행사에는 강대임 한국표준과학연구원 휴먼인지환경사업본부장, 구삼옥 한국항공우주연구원 무인체계팀장, 김종열 한국한의학연구원 체질의학연구본부장, 이선희 UST 석사과정, 정광화 충남대 분석과학기술대학원장, 정기정 국가핵융합연구소 ITER한국사업단장, 홍진규 국가수리과학연구소 선임연구원 등이 연사로 나섭니다.

연사들은 각각 18분 동안 자신이 공유하고 싶은 지식을 자유롭게 발표하며, 강연 내용은 번역 작업을 거쳐 유투브와 TED.com 등에 공개, 전 세계에서 볼 수 있습니다.

참가자 접수는 오는 25일부터 TEDxDV 홈페이지(http://www.tedxdv.org 또는 http://tedxdv.tistory.com/)를 통해 할 수 있습니다.

  연 사 소 개(가나다순) 


강대임 한국표준과학연구원 휴먼인지환경사업본부장

강대임 박사는 1982년부터 한국표준과학연구원에서 측정표준연구를 시작하여 힘표준기 정확도 평가기술 개발로 2002년에는 과학기술부가 선정한 ‘이달의 과학기술자상’을 수상했고, 2009년부터는 국제측정연합(IMEKO) 회장으로 활동하면서 국제 측정표준을 주도하고 있다. 연구를 왜 하는가에 질문에 가치 창출과 삶의 질 제고라고 즉각 답해오던 그가 요즘 관심을 갖는 것은 인간과 기계의 인터페이스 융합연구를 통한 장애우들의 어려움을 해결해 주는 도우미를 개발하는 것이다. 그는 앞으로 따뜻한 과학기술이 왜 필요한지를 국민들에게 알려 연구자나 정부 관계자 뿐만 아니라 국민들이 따뜻한 과학기술에 관심을 갖도록 하는데 작은 역할을 하고 싶어 한다.


구삼옥 한국항공우주연구원 스마트무인기사업단 무인체계팀장

구삼옥은 비행기광이다. 어려서부터 날아다니는 것에 호기심이 많아서 전생에 날짐승이었을 지도 모른다고 생각하고 있다. 시력 때문에 전문 조종사의 길을 포기하는 대신에 항공기를 설계할 수 있는 항공공학자가 됐다. 1999년부터 무인항공기 개발 연구에 종사하고 있으며, 무인항공기의 자율비행 기술을 유인항공기에 적용해 아무나 타고 다닐 수 있는 미래의 항공기를 개발하는 일에 큰 흥미를 가지고 있다. 어릴 적부터 취미였던 모형항공기에서부터 시작한 항공기 조종의 재미를 키워서 자가용 조종사 자격증도 취득했다. 그의 다음 목표는 자신이 만든 비행기를 직접 조종하여 우리 강산 하늘 유람을 하는 것이다.

김종열 한국한의학연구원 체질의학연구본부장

김종열은 엘리트 공학도 출신의 한의사다. 지진공학을 연구하던 26살에 한국형 맞춤의학인 사상의학을 만나 매료된 후 30살에 한의과대학에 입학하여 다시 공부를 시작했다. 한의학이 체계가 부족한 학문이라는 주위의 만류에 그 부분을 내가 채우겠다는 의지로 불타올랐다. 8년의 임상경험을 통해 연구목표를 구체적으로 설정하고 한국한의학연구원에 입사한 후 사상의학을 과학화하는 '이제마 프로젝트'를 기획해 이끌고 있다. 공학, 생물학, 통계학 등 10여개 전공자를 모아 전통의학을 현대화하는 작업을 하고 있으며, 최근 한의학 진단을 객관화시킨 체질진단툴을 개발하여 언론의 주목을 받고 있다.


이선희 UST 석사과정

어렸을 때부터 초등학교 선생님을 꿈꿔오다가 고등학교 때 제임스 왓슨의 '이중나선' 책을 읽고 생물학에 빠져 생명과학부에 입학하게 됐다. 대학교에 들어와 여성과학자의 훌륭한 롤모델로 삼게된 서울대 김빛내리 교수의 micro RNA 관련 논문들을 접하면서 연구원의 꿈을 확고히 가졌지만, 안정된 취업을 원하시는 부모님의 극심한 반대로 졸업 후 은행에 입사하게 된다. 그러나 생물학 연구에 대한 열망으로 안정된 직장에 과감히 사표를 던지고 새로운 출발선에 선 마음으로 대학원 진학을 결심하게 된다.
현재 UST 한국화학연구원 캠퍼스 의약 및 약품화학 석사과정에 재학중이다.


정광화 충남대 분석과학기술대학원장

정광화는 서울대를 졸업하고 미국 피츠버그대학에서 물리학 박사학위를 취득한 뒤 1978년 제1호 여성 해외유치과학자로 한국표준과학연구원에 합류했다. 이후 질량표준연구실장, 진공표준연구실장, 물리표준연구부장 등을 역임하며 진공기술전문가로 진공표준확립에 기여했다. 2005년 한국표준과학연구원 원장으로 선임되어 국내 최초의 여성 출연연구기관장이 됐다. 2009년 3월부터는 충남대학교 분석과학기술대학원 원장으로 후학양성에 힘쓰고 있다. 대외활동으로는 대한여성과학기술인회 3,4대 회장을 맡아 과학기술부와 함께 ‘여성 과학기술인력 육성 및 활용에 관한 법률’을 제정하는 등 여성과학기술인의 권리확대에 발 벗고 나섰다. 또한 국가과학기술위원회 민간위원, 국가과학기술자문회의 자문위원 등의 활동을 통해 국가과학기술정책에도 활발히 참여했다.

정기정 국가핵융합연구소 ITER한국사업단장
정기정 박사는 매우 다양한 경험을 한 연구원이다. 프랑스국립공과대학에서 공학박사학위를 받고 1986년 한국원자력연구원에 입소하여 방사성폐기물처리 연구를 하던 중, 안면도 사태를 겪게 된다. 이후 방사성폐기물 처분장 확보를 위해 갖은 노력을 하다가, 1993년 프랑스 OECD/NEA 파견근무를 하게 된다. 1997년 귀국해서는 원자력시설해체, 사용후연료관리 연구과제 등을 수행했고, 연구원으로서는 드물게 한국원자력연구원 기획부장을 맡아 연구원 경영에 참여하게 된다. 2006년 2월에는 국가핵융합연구소로 이적하여 세계 최대의 국제공동연구개발 과제인 ITER 사업의 한국사업단장을 맡고 있다. 출연연 연구원으로 일하는 것을 천직으로 알고 있는 그는 국가가 베풀어 준 만큼 국가에 돌려주기 위해 최선을 다 하는 것이 삶의 목표라고 한다.

홍진규 국가수리과학연구소 선임연구원

대기과학으로 박사학위를 받은 홍진규는 식물의 광합성과 생태학을 공부하는 약간은 수상한 대기과학도다. 티베트 고원, 중국, 일본, 태국, 유럽 및 미국의 각지를 여행하며 생태계와 날씨, 기후 변화의 상관 관계를 밝히는 연구를 통하여 박사학위를 받았다. 현재는 수학과 물리학 그리고 기후변화과학을 접목하는 시도에 골똘히 빠져 있다. 대학생 때 전자기파를 기술하는 맥스웰 방정식을 직관적으로 이해하려다 대학원에서 계속 공부할 결심을 하게 됐다. 대학생 때는 유명한 물리학자인 하이젠베르크의 '부분과 전체'라는 책에 깊은 감명을 받았으며, 현재는 역사와 심리학에 관한 책에 빠져있다. 움베르토 에코와 베르베르 베르나르의 소설을 좋아하고, 음악을 나누는 것은 인종을 나누는 것과 같다는 기타리스트 김태원의 말에 100% 공감하는 사람이다.





posted by 글쓴이 과학이야기
우리나라 핵융합장치인 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 고성능 플라즈마 밀폐 상태인 H-모드를 달성했습니다.

핵융합연구소는 또 지난 9월부터 약 2개월간 국내외 공동실험으로 진행되어 온 KSTAR의 핵융합플라즈마 실험을 통해 H-모드 달성 이외에도 고성능 플라즈마 즈마 제어기술을 적용하여 D형 플라즈마 제어를 달성하는 등 당초의 목표성능 이상의 성과를 이뤘습니다.

D형 플라즈마는 고성능 플라즈마를 발생․유지 시킬 수 있는 조건으로 H-모드 운전을 위해 필요한 플라즈마 형태입니다.

KSTAR의 플라즈마 성능으로서 플라즈마 전류는 2009년 300kA급 3초 유지였는데요.
올해는
최고 약 720 kA의 플라즈마 전류로 최장 약 6.7초의 안정적인 운전을 달성했습니다.

KSTAR 운전에 따른 연도별 플라즈마 전류의 크기변화


또한 플라즈마를 가두는 초전도자석의 제어와 더불어 진공용기 내에 새롭게 설치된 고속 제어코일을 활용한 플라즈마 정밀 제어를 통해 토카막 플라즈마의 가장 안정된 형태인 D자형으로 형상을 제어하는 데에도 성공했다.

더불어 국내기술력으로 제작한 플라즈마 가열장치인 중성입자빔 가열장치(NBI)의 첫 가동을 통해 약 1.4 MW급의 중성입자빔을 플라즈마에 입사해 이온 온도를 2천만도(2 keV)까지 올림으로써 중수소 핵융합 반응에 의한 고속 중성자(2.45 MeV)를 검출했습니다.
 

□ D형 플라즈마 제어 달성

o 2009년도까지는 원형 플라즈마 발생

o 2010년도에는 초전도자석을 사용한 형상제어와 진공용기 내 고속제어 코일을 사용한 위치제어를 통해 D자형 플라즈마 제어 달성.

진공용기 내 발생한 D형의 플라즈마 형상

진공용기 내부 형상



















 

□ 고성능 플라즈마인 H-모드 달성

o 플라즈마 운전에 있어서 D자형으로의 형상제어와 더불어 일정 출력수준이상의 가열장치를 가동한 결과 동일한 환경 하에서 플라즈마 밀도와 온도가 약 2배 증가되는 현상을 H-모드라고 함.

H-모드에서의 플라즈마 압력의 분포. 주로 플라즈마 경계면에서 압력변화가 크다.



o 2010년도 운전결과 일정 조건 하에서 플라즈마 밀도, 온도 등이 급격히 증가하고 내부 저장에너지가 증가하는 H-모드가 발생함.  

KSTAR운전 중 약 2초 무렵에 H 모드가 발생에 따른 진단데이터의 변화



KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)  미래 녹색에너지인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, ’95년부터 ’07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, ’08년 최초플라즈마 발생에 성공하여 장치성능을 입증하고 본격가동 단계에 진입한 연구시설

H-모드(High-confinement Mode)는 토카막형 핵융합장치의 운전에 있어 특정 조건하에서 플라즈마 밀폐성능이 약 2배로 증가하는 현상입니다.
1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정된 후 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 대표하게 됐는데요.
프랑스에 건설 중인 국제 협력 핵융압로인 ITER 역시 H-모드로 운전하도록 계획돼 잇습니다.
그런데 우리나라의 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 H-모드를 이룬 것입니다.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)는 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적․기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 EU, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 국제 협력 프로젝트입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기
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