기체, 액체, 고체가 아닌 제4의 상태라고도 불리는 플라즈마를 연구하는 물리학자들에게 미시적 현상을 이용하여 플라즈마 구조의 거시적 변화를 일으키는 다중 스케일 연계는 오래된 난제 중 하나였다.
한편, 플라즈마는 핵융합 반응의 매개일 뿐만 아니라 우주의 대부분을 차지하는 물질 상태인 만큼, 플라즈마의 다중 스케일 연계는 핵융합 기술 개발과 우주의 근원 연구의 중요한 주제로 여겨져 왔다.
서울대 박종윤 박사와 아시아태평양이론물리센터 윤영대 박사 연구팀은 서울대에 구축된 핵융합 실험 장치를 이용한 실험 데이터 분석과 한국핵융합에너지연구원의 슈퍼컴퓨터(KAIROS)를 이용한 입자 모의실험(시뮬레이션) 검증을 통해, 미시 자기 난류를 발생시키면 자기재연결이 효과적으로 발생해 플라즈마에 거시적인 구조 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 입증했다.
공동 연구팀의 연구 결과는 강한 전자빔에 의해 의도적으로 발생된 미시 자기 난류가 플라즈마의 저항성을 높이게 되면 자기재연결을 효과적으로 유도하며, 궁극적으로 플라즈마의 거시적 구조 변화를 수반하는 다중 스케일 역학을 실험으로 구현하고 그 원인을 입증한 최초의 연구 사례이다. 특히, 서울대학교의 핵융합로 운전 실험과 아시아태평양이론물리센터(APCTP)의 이론 모의실험(시뮬레이션)의 학제간 융합연구 사례로 더욱 의미가 크다.
서울대 박종윤 박사는 “이번 성과는 핵융합과 이론 물리 두 분야 전문가가 서로 다른 관심에서 출발하여 무수한 토론과 논의 끝에 공통의 의견을 도출 해내어 가능했던 성과”라며, “태양 플레어나 자기 폭풍 같은 우주 환경에서도 중요한 역할을 하는 자기재연결 개시(Onset)에 대한 새로운 단서를 제시했다는 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
아시아태평양이론물리센터(APCTP) 윤영대 박사는 “이번 연구 성과가 플라즈마 물리 분야 해석의 틀을 확장하는 데 기여하는 것은 물론, 새로운 핵융합 기술 개발의 기반이 되기를 바란다”고 밝혔다.
한편, 과기정통부 기초연구사업(중견연구, 우수신진연구)과 아태이론물리센터지원사업 및 국가과학난제도전협력지원단(서울대학교-ST핵융합메타웨어연구단 황용석 단장)의 지원으로 수행한 이번 연구의 성과는 국제학술지 '네이처(Nature)'에 8월 7일(현지시간 8월 6일 16시, 그리니치표준시'GMT') 게재*됐다.
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