본문 바로가기 주메뉴 바로가기

핵융합

  • Fusion Story
  • 핵융합
핵융합의 다른 글

202207.19

핵융합 불안정 현상 예측하는 국산 핵융합 코드 개발

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/nuclear-fusion/1391

플라즈마 특성 해석 및 예측으로 야생마 같은 플라즈마 길들이기


핵융합 연구자들은 플라즈마를 연구하는 일이 마치 야생마를 길들이는 것 같다고 표현하곤 합니다. 자연의 상태에 반하는 높은 온도와 밀도차로 인해 끊임없이 원래의 상태로 되돌아가려 몸부림치는 플라즈마가 마치 야생마처럼 다루기 어렵다는 뜻일텐데요. 말의 습성과 특징을 잘 이해할수록 말을 길들이기 쉬운 것처럼 연구자들은 플라즈마를 제어하기 위해 플라즈마 특성에 관한 다양한 연구를 수행합니다. 


그중에서도 핵융합 시뮬레이션 연구는 코드를 개발하거나 슈퍼컴퓨터를 이용한 이론 모델 검증 등을 통해 플라즈마의 특성을 해석하고 예측하는 연구 방법인데요. 슈퍼컴퓨터, AI 등 관련 기술이 급속도로 성장하며 핵융합 시뮬레이션 연구도 더욱 활기를 띄고 있습니다. 


최근에는 플라즈마 불안정 현상을 예측할 수 있는 새로운 국산 코드 개발 소식이 전해지며, 국내 시뮬레이션 연구 성과에 이목이 집중되었는데요. 지난 7월 7일(목) 한국핵융합에너지연구원은 핵융합 플라즈마에서 나타나는 대표적 불안정 현상 중 하나인 ‘토로이달 알펜 모드(Toroidal-Alfven-Eignmode, 이하 TAE 불안정 현상)’를 해석 예측할 수 있는 국산 핵융합 시뮬레이션 코드를 개발하는 데 성공했다고 밝혔습니다. 


TAE 불안정 현상이란 핵융합 플라즈마의 고속이온과 플라즈마가 자기장에 의해 일정한 파형의 상호작용을 일으킬 때 발생하는 불안정 현상을 말하는데요. 이 현상은 플라즈마 내부의 고속이온을 이탈시켜 플라즈마의 성능을 떨어뜨리는 문제를 발생합니다. 일반 이온보다 수 배 높은 에너지를 지닌 고속이온이 핵융합에 필요한 온도와 성능을 높이는 역할을 하기 때문입니다.


이에 연구자들은 TAE 불안정 현상과 고속이온의 상호작용을 밝혀 TAE 불안정 현상을 줄이고 고속이온의 가둠 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 찾기 위해 노력해왔는데요. 특히 해외에서는 핵융합 시뮬레이션 코드 개발을 통한 연구가 다수 이루어지고 있는 만큼 우리나라 역시 국산 코드 확보를 통한 연구 확대의 필요성이 높아져 왔습니다. 


핵융합(연) 조영우 박사


 

핵융합(연) 핵융합공학연구본부 조영우 박사는 기존에 국내 기술로 개발된 핵융합 시뮬레이션 코드인 gKPSP(gyro Kinetic Plasma Simulation Program)를 활용하여 고속이온의 움직임에 따른 TAE 불안정 현상의 변화를 계산하고, 이를 예측할 수 있는 고속이온 시뮬레이션 코드 개발을 추진하였는데요. 핵융합 플라즈마 수송 현상을 분석하는 데 주로 사용되었던 기존 코드에 고속이온 시뮬레이션 코드를 더하여 TAE 불안정 현상과 같은 전자기 현상의 분석도 가능하도록 기능을 확장하였습니다. 


새롭게 개발된 코드는 해외에 유사한 코드와 교차 검증을 통해 우수한 계산 능력을 인정받았으며, 지난 6월 관련 논문이 국제 학술지인 ‘Physics of Plasmas’에도 게재되어 우리나라의 우수 핵융합 연구 성과를 알리기도 하였습니다. 


핵융합(연) 유석재 원장은 “핵융합 시뮬레이션 코드와 같은 핵융합 소프트웨어의 확보는 향후 핵융합 실증 자체 기술 확보에 중요한 자산이 된다.”며, “KSTAR 건설과 운영을 통해 세계 최고 수준의 핵융합 연구 역량을 보여준 우리나라가 핵융합 소프트웨어 분야에서도 세계 수준의 경쟁력을 확보하기 위해 다양한 노력을 기울이겠다.”고 밝혔습니다. 


이번에 개발된 코드는 향후 핵융합 반응 및 각종 가열 방법 등 다양한 방식으로 생성되는 고속이온의 가둠 성능 분석에 활용될 예정인데요. 고속이온의 가둠 성능 최적화를 통해 플라즈마 성능 향상 기술을 확보하는 데도 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다. 


실제 실험에서 나타난 TAE 불안정 현상과 이론 및 시뮬레이션을 통해 예측한 결과의 비교

  •  좋아요 bg
    1
    좋아요 bg
  •  카카오스토리 공유 bg
    0
    카카오스토리 공유 bg
  •  카카오톡 공유 bg
    0
    카카오톡 공유 bg

댓글 0

정보에 대해 만족하십니까?

TOP