핵융합 불안정 현상 예측가능한 국산 '핵융합 코드' 개발

핵융합硏, 핵융합 플라즈마 성능 향상 '고속이온 가둠 기술' 확보 기대

[대전=뉴시스] 실제 실험에서 나타난 TAE 불안정 현상과 이론·시뮬레이션을 통해 예측한 결과 비교. 검정 점선은 이론 예측이고  파란색 점선은 실제 실험 결과, 붉은색은 gKPSP 시뮬레이션 예측이다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국핵융합에너지연구원은 핵융합 플라즈마에서 나타나는 대표적 불안정 현상인 '토로이달 알펜 모드(Toroidal-Alfen-Eigenmode·이하 TAE 불안정 현상)를 해석·예측할 수 있는 핵융합 시뮬레이션 코드를 개발했다고 7일 밝혔다.

TAE 불안정 현상은 핵융합 플라즈마의 고속이온과 플라즈마가 자기장에 의해 만드는 일정한 파형의 상호작용 과정에서 생기는 현상으로, 플라즈마 내부의 고속이온을 이탈시켜 가둠을 방해하는 특징이 있다.

플라즈마 입자 중 일반 이온보다 수 배 높은 운동에너지를 갖는 고속이온은 핵융합에 필요한 플라즈마의 온도와 성능을 높이는 역할을 한다. 이로 고속이온을 안정적으로 가두는 것은 핵융합 반응을 유지하기 위한 핵심과제 중 하나다.

해외서는 고속이온과 TAE 불안정현상의 상호작용 이해를 통해 TAE 불안정현상을 줄이고 고속이온의 가둠 성능향상을 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 우리도 TAE 불안정현상을 해석·예측할 수 있는 국산코드 개발의 필요성이 높아져 왔다.

이에 따라 핵융합연구원 핵융합공학연구본부 조영우 박사는 기존 국내 기술로 개발된 핵융합 시뮬레이션 코드인 gKPSP(gyro Kinetic Plasma Simulation Program)를 활용해 고속이온의 움직임에 따른 TAE 불안정현상의 변화를 계산하고 이를 예측할 수 있는 국산 '고속이온 시뮬레이션 코드' 개발에 성공했다.

기존 gKPSP 코드는 핵융합 플라즈마 수송 현상을 분석하는 데 주로 사용돼 왔으나 이번 연구로 고속이온 시뮬레이션 코드가 더해지며 TAE 불안정현상과 같은 전자기 현상의 분석이 가능해졌다.
 
개발된 고속이온 시뮬레이션 코드는 해외 개발 코드와 교차 검증을 통해 우수한 계산 능력도 인정받았다.

해당 코드는 향후 핵융합 반응과 각종 가열 방법 등 다양한 방식으로 생성되는 고속이온의 가둠 성능 분석에 활용, 고속이온의 가둠 성능 최적화를 통한 플라즈마 성능 향상 기술을 확보하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
 
이번 연구 결과는 지난달 7일 국제 학술지인 'Physics of Plasmas'에 게재됐다.(논문명 : Hybrid-gyrokinetic simulations of low-n toroidal Alfvén eigenmodes using gKPSP)

핵융합연구원 유석재 원장은 "핵융합 시뮬레이션 코드와 같은 핵융합 소프트웨어 확보는 향후 핵융합 실증 자체기술 확보에 중요한 자산이 된다"며 "KSTAR 건설과 운영을 통해 세계 최고 수준의 핵융합 연구 역량을 보여줬고 앞으로 핵융합 소프트웨어 분야에서도 세계 수준의 경쟁력을 확보해 나갈 것"이라고 말했다.


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