기계/재료

고속 고정밀 레이저 톰슨 산란계 개발

발행일 : 2019 / 06 / 27

중국과학원 항공우주정보연구원, 중국과기대 등은 공동으로 고속 고정밀 레이저 톰슨 산란계를 개발하여 향후 중국 자기 가둠 핵융합 에너지 장치의 고정밀 측정에 튼튼한 기반을 마련했다. 자기 가둠 핵융합 반응 장치 작동 과정에서 플라즈마 온도에 대한 사전 조기경보 및 실시간 피드백 제어를 통해 플라즈마 장치에 의한 벽체 손상 및 이로 인한 재난성 사고유발을 방지한다. 고주파수 고에너지 레이저 기반 톰슨 산란 측정은 플라즈마 전자온도를 정밀하게 측정하는 유일한 신뢰적인 측정 수단이다.

2019년 5월, “커다이환(科大一環)” 자기 가둠 핵융합 플라즈마 장치로 수행한 실험에서 레이저 톰슨 산란계는 중복 주파수 200Hz, 단일 펄스 에너지 5J의 레이저 펄스를 기반으로 5eV 이하의 전자온도 측정 정밀도를 구현했다. 뿐만 아니라 전자온도 안전 조기경보 시간 간격을 5ms에 도달시킴으로써 획득한 조기경보 시간이 국제 동종 시스템의 절반에 불과하여 지표를 1배 향상시켰다.

레이저의 작동 주파수는 온도 조기경보의 샘플링 시간 간격을 결정하는바 간격이 작을수록 시스템 조기경보가 더욱 적시적이고 장치 운전 안전 계수가 더욱 높다. 기존에 중국은 플라즈마 온도 진단에서 수십 Hz의 저주파 레이저 장치를 이용하였기에 샘플링 간격이 넓고 긴급상황이 발생할 경우 적시적으로 조기경보하지 못하여 장치 운전에 거대한 위험성을 초래했다.

연구팀은 향후 고출력, 고주파수 레이저 장치 연구개발 및 고정밀도 진단 실험을 수행하여 차세대 자기 가둠 핵융합 장치의 안전 운전에 고속 조기경보 수단을 제공할 전망이다.