| “인공태양” 고성능 안정상태 운행모드 파악 | ||
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 최근 중국과학원 플라스마물리학연구소 EAST초전도토카막팀은 전단계 연구를 토대로 일종의 고성능 안정상태 플라스마 운행모드를 개발함과 아울러 미래 핵융합로 일부 운행조건과의 호환성을 체계적으로 검증했다. 해당 연구성과는 “Physical Review Letters”에 온라인으로 게재되었다. 토카막 핵융합 실험장치에서 고밀폐 플라스마의 경계영역은 주기적으로 경계면 불안정 현상(Edge-Localized Mode, 이하 ELM)이라 불리는 불안정성이 발생한다. 대규모 ELM는 태양 플레어 폭발과 유사하게 플라스마 에너지 및 입자의 순간적 방출을 유발해 강력한 열펄스를 내뿜는다. 이는 장치 내벽 침식 심지어 재료 융해를 초래할 뿐더러 대량 이물질 입자를 생성해 핵융합로 노심부 플라스마를 오염시키는 등 핵융합로의 장시간 안정상태 운행을 제한한다. 미래 핵융합로는 ELM에서 비롯되는 순간 열부하를 적어도 20배 감소시켜야 하는데 이는 국제열핵융합실험로 ITER의 해결과제이다. ELM이 없거나 또는 소규모 ELM의 고밀폐 운행모드 및 물리적 메커니즘 탐구는 자기밀폐 핵융합 연구에서의 선도과제이다. Grassy ELM는 특수한 자발적 고주파수의 소규모 ELM이다. Grassy ELM에서 비롯되는 순간 열부하는 흔히 일반적인 대규모 ELM의 20분의 1 이하이다. 하지만 그 메커니즘 및 획득 조건은 밝혀지지 않았다. 아울러 국제 일부 주류 토카막에서도 해당 운행모드를 안정적으로 획득하지 못하고 있다. 미래 핵융합로에서 해당 운행모드의 안정적이고 신뢰성 있는 획득은 국제 핵융합계가 풀어야 할 과제이다. EAST팀은 미래 핵융합로와 유사한 금속벽, 저회전, 전자유도가열 등 물리 조건에서 해당 모드를 획득할 수 있는 물리 조건을 확인했다. 연구팀은 실험을 통해 최초로 Grassy ELM 형식의 내재적 동역학 메커니즘을 규명했다. 또한 매우 강한 이물질 배출능력을 보유하는 등 고성능 플라스마 장시간 안정상태 운행 구현에 특히 적합함을 발견했다. 동 운행모드는 핵융합로의 순간 열부하 병목 해소, 핵융합로 안정상태 운행 달성을 위해 일종의 잠재적인 새 방안을 제공했다. 중국은 현재 1GW 출력의 핵융합공학실험로 CFETR의 통합 공학설계를 추진하고 있는데 해당 운행모드의 플라스마 관련 정규화 파라미터가 CFETR 설계 파라미터와 근사해 미래 ITER/CFETR 고성능 안정상태 운행모드로의 응용에 물리적 기반을 마련했다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-07/03/content_424892.htm?div=-1 |
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