핵융합 반응기 플라즈마의 불안정성 크기를 제어하는 방법이 국제 연구팀에 의해 발견되었습니다. 큰 불안정성은 원자로를 손상시킬 수 있는 반면 작은 불안정성은 플라즈마에서 폐 헬륨을 제거하는 데 유용할 수 있습니다. 따라서 이 발견은 대규모 핵융합로의 작동에 중요한 지침을 제공할 수 있습니다.
자기적으로 제한된 플라즈마에서 수소 핵의 융합은 막대한 양의 환경 친화적인 에너지를 전달할 수 있습니다. 그러나 초고온 플라즈마 제어는 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다.
현재 핵융합 실험에서 가장 널리 사용되는 도넛 모양의 토카막 원자로에서 플라즈마는 강한 자기장에 의해 제한됩니다. 이는 플라즈마 가장자리와 반응기 벽 사이에 가파른 압력 구배를 생성합니다. 가장자리의 압력 구배가 너무 크면 ELM(Edge Localized Mode)이라는 불안정성이 발생할 수 있습니다. 이들은 원자로 벽에 심각한 손상을 줄 수 있는 입자와 에너지의 폭발을 방출합니다.
이 최신 연구는 게오르그 해러 비엔나 공과대학에서 ELM을 생성하는 조건을 연구하기 위해 팀은 독일 Max Planck Institute for Plasma Physics의 ASDEX Upgrade tokamak에서 실험을 수행했습니다.
플라즈마 밀도 향상
그들은 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써 큰 ELM을 피할 수 있으며, 그 결과 더 자주 발생하는 더 작은 ELM이 된다는 것을 발견했습니다. 작은 ELM은 손상을 덜 일으킬 뿐만 아니라 플라즈마에서 폐 헬륨을 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다.
JET의 기록적인 성과와 핵융합 에너지 추구
연구팀은 또한 높은 플라즈마 밀도에서 플라즈마를 가두는 자기장 라인의 토폴로지를 조정하여 ELM의 출현을 제어할 수 있음을 발견했습니다. 토카막에서 이러한 필드 라인은 플라즈마 주위를 나선형으로 감습니다. 즉, 압력 구배에 따라 방향이 번갈아 전달되는 힘을 의미합니다. 플라즈마의 일부 영역에서는 힘이 불안정성에 대항하여 작용하는 반면 다른 영역에서는 힘이 불안정성을 조장합니다. 이 절충은 ELM을 생성하는 데 필요한 최소 압력 구배를 정의하는 불안정성 임계값으로 특징지을 수 있습니다.
Harrer와 동료들은 자기장의 나선형 권선을 늘리면 불안정성 임계값이 높아져 ELM 생산이 감소한다는 사실을 발견했습니다. 또한 플라즈마 가장자리에서 자기 전단을 증가시키면 불안정성 임계값이 더 커집니다. 자기 전단은 교차하는 두 자기장 선 사이의 각도입니다.
압력 구배가 큰 플라즈마를 사용하면 융합 반응기의 융합 에너지 이득이 증가하고 ELM 손상 위험이 증가합니다. 그러나 소형 ELM은 폐 헬륨을 배출하는 데 유용할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 현상은 미래 핵융합로의 작동을 최적화하기 위해 미세하게 균형을 이루어야 합니다. 이 최신 연구는 그것이 어떻게 이루어질 수 있는지에 대한 중요한 통찰을 제공합니다.
팀은 조사 결과를 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).
