국내 핵융합 전문가들이 초전도핵융합연구장치 KSTAR를 활용한 연구성과를 바탕으로 국제학술회 수상자로 잇따라 선정되며, 국내 핵융합 연구의 위상을 높이고 있다.

국가핵융합연구소(소장 유석재, 이하 핵융합(연))는 아시아-태평양 물리학협회(Association of Asia Pacific Physical Societies) 플라즈마 분과 (Division of Plasma Physics)에서 수여하는 '찬드라세카상(S. Chandrasekhar Prize)'의 수상자로 前 KSTAR연구센터장이자 현재 연구소 자문위원인 박현거 박사(UNIST 물리학과 교수)가 선정되었으며, 신진연구자상 (Young reasercher award)에는 KSTAR연구센터 최민준 박사(선임연구원) 가 선정되었다고 10일(목) 밝혔다.

찬드라세카 상(S. Chandrasekhar Prize)은 미국물리학회의 '맥스웰 상(Maxwell Prize)', 유럽물리학회의 '알벤 상(Hannes Alfvén Prize)'과 더불어 플라즈마 물리학계 3대 학술상으로 꼽히는 최고 권위 상으로, 아시아 태평양 지역에서 플라즈마 물리학 분야의 선도적인 공로를 세운 인물에게 수여되는 상이다.

지난 40여 년 동안 핵융합 연구를 수행해 온 세계적 석학인 박현거 박사는 KSTAR에서 혁신적인 플라즈마 관측 방법으로 핵융합 플라즈마 물리 난제 해결에 기여했다는 점을 인정받아, 한국인 최초로 찬드라세카 상(S. Chandrasekhar Prize)의 수상자가 되었다.

박현거 박사는 플라즈마의 3차원 영상 측정이 가능한 마이크로파 영상 카메라인 전자영상 진단장치(ECEI)를 세계 최초로 개발하여 KSTAR에 설치한 바 있다.

이는 KSTAR 내부의 플라즈마에서 발생하는 자기유체 현상들의 발달과 붕괴과정을 2, 3차원으로 동시에 관찰할 수 있는 새로운 플라즈마 진단방식으로, 국내 연구자들이 핵융합 플라즈마 물리 분야의 난제 해결을 위한 연구성과를 얻을 수 있는 기반이 되어 주었다.

박현거 박사는 “찬드라세카 상의 수상자로 선정돼 영광”이라며 “이번 수상으로 KSTAR 장치와, KSTAR 연구센터를 기반으로 한 한국의 핵융합 플라즈마 물리 분야가 세계적으로 주목받을 수 있게 되어 기쁘다”라고 소감을 전했다.

신진연구자상을 받은 최민준 박사 역시 박현거 박사가 개발한 플라즈마 진단장치의 데이터를 바탕으로 수행한 연구성과의 우수성을 인정받아 수상자로 선정되었다.

최민준 박사는 KSTAR의 전자영상 진단장치(ECEI)를 통해 얻은 전자 온도 데이터를 다각도로 분석하여, 플라즈마 난류에서 발생하는 전자들의 열 수송현상 매커니즘을 규명하는 성과를 얻었다.

이 성과는 2019년 Nuclear Fusion 저널에 게재되어 주목받았다. 또한, 자기유체역학과 난류가 공존하는 상태인 핵융합 플라즈마에서 이 둘 사이에서 일어나는 상호작용을 규명하기도 하였다.

최민준 박사는 “KSTAR연구센터의 수평적 연구문화가 연구 활동에 큰 힘이 되었다”며,“아직 미지의 영역이 많은 플라즈마 난류 연구를 꾸준히 수행해 그 이해를 높이는 데 도움이 되고 싶다.”고 소감을 밝혔다.

◇ 주요 용어 설명

1) 핵융합 에너지

핵융합은 가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운 원자핵으로 바뀌는 것이다. 원자핵이 융합하는 과정에서 줄어든 질량은 에너지로 변환되는데, 이를 핵융합에너지라 한다. 높은 온도와 중력을 지닌 태양의 중심은 핵융합 반응이 활발히 일어나지만, 지구에서 핵융합 반응을 만들기 위해서는 태양과 같은 초고온의 환경을 인공적으로 만들어 주어야 한다. 바닷물에서 추출 가능한 중수소 및 리튬(삼중수소)을 주원료로 하는 핵융합 발전은 연료가 무한하며, 고준위 방사성 폐기물의 발생이 없고, 폭발 등의 위험이 없는 궁극적인 미래에너지원으로 꼽히고 있다.

2) 플라즈마

원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직이는 물질의 4번째 상태로 우주의 99.9%를 차지하고 있다. 핵융합 장치에서 플라즈마를 만들고 1억도 이상의 초고온으로 가열하면 원자핵이 반발력을 이기고 융합하는 핵융합 반응이 일어난다. 핵융합 장치 내에서 지속적으로 핵융합이 일어날 수 있도록 초고온의 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것은 핵융합 상용화를 위한 핵심 과제이다.

3) KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)

'95년부터 '07년까지 12년에 걸쳐 국내 기술로 개발된 초전도핵융합연구장치로 '08년 최초 플라즈마 발생에 성공하며 운영을 시작했다. 주요 선진국들이 공동으로 개발하고 있는 국제핵융합실험로ITER와 동일한 초전도 재료로 제작된 세계 최초의 장치이며 국제 핵융합 공동 연구장치의 핵심으로 주목받고 있다. 매년 핵융합 상용화 기술 개발을 위한 핵융합 플라즈마 실험을 수행하고 있다.

4) 전자온도 영상 진단장치(Electron Cyclotron Emission Image[ECEI])

자기장에 따라 변하는 전자의 회전 주파수를 분석하여 플라즈마 내의 온도 변화를 측정하고 영상화시키는 진단장치. 3차원 영상 진단장치를 적용하여 입체적인 플라즈마경계면불안정(ELM) 현상을 촬영할 수 있게 되어 ELM의 생성 원인과 과정 등을 보다 효과적으로 분석할 수 있게 됨. KSTAR 거점센터인 UNIST와 POSTECH이 개발하여 현재 세계에서 유일하게 KSTAR에 설치되어 운영되고 있다.