처음으로 중국 과학자들은 수십 년 동안 토카막 열핵 원자로의 "정원"으로 여겨졌던 밀도 제한을 초과하는 열핵 플라즈마를 도입했습니다.
이 성과는 중국의 "인공 태양"이라고 불리는 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak) 토카막 용광로에서 달성되었으며, 열핵 연소 목표를 향한 중요한 진전으로 간주됩니다.
연구 결과는 1월 1일 Science Advances 저널에 발표되었으며, Ping Zhu 교수(중국 과학 기술 대학교)와 Ning Yan 부교수(중국 과학 아카데미 합성 물리학 연구소)가 공동으로 이끄는 과학 그룹이 진행했습니다.
그룹은 처음으로 "밀도 무제한 모드"라고 불리는 특별한 플라즈마 상태를 실험적으로 검증했으며, 플라즈마는 밀도가 매우 높아도 안정적으로 유지됩니다.
태양과 유사한 에너지 생성 과정을 하는 열핵 반응에서 데우테리와 트리튬 연료는 약 1억 5천만 °C까지 가열되어야 합니다. 이 온도 수준에서 열핵 생성 용량은 플라즈마 밀도가 증가함에 따라 매우 빠르게 증가합니다. 따라서 이론적으로 밀도가 높을수록 발전 가능성이 큽니다.
그러나 실제로 토카막 가마는 오랫동안 특정 밀도 기준에 의해 제한되어 왔습니다. 이 기준을 초과하면 플라스마는 종종 불안정해져 억제 과정을 방해하고 실험을 중단해야 합니다. 이것은 열핵 효율성 향상을 방해하는 가장 큰 물리적 장벽 중 하나입니다.
EAST 연구팀은 이 한계가 불변이 아니라는 것을 증명했습니다. 완전히 새로운 고밀도 플라스마 작동 방법을 개발함으로써 파괴적인 불안정을 일으키지 않고 플라스마 밀도를 이전의 경험적 한계를 훨씬 뛰어넘을 수 있음을 보여주었습니다.
이 돌파구는 프랑스 과학자들이 제안한 "플라스마 벽 자체 조직"(PWSO)이라는 비교적 새로운 이론 프레임워크를 기반으로 합니다. 이 이론에 따르면 밀도 제한은 플라스마 자체에 달려 있을 뿐만 아니라 플라스마가 원자로의 금속 벽과 상호 작용하는 방식과 밀접하게 관련되어 있습니다.
플라즈마와 용광로 벽 사이의 상호 작용이 적절한 균형 상태에 도달하면 이전처럼 불안정하게 만드는 대신 용광로 벽에서 물리적 포격 과정을 통해 플라즈마를 안정화하는 새로운 작동 모드가 나타날 수 있습니다.
Ping Zhu 교수에 따르면, 이 발견은 차세대 열핵 장치를 포함하여 토카막의 밀도 제한을 연장하는 "실용적이고 확장 가능한 경로"를 열어줍니다.
이것은 핵융합 반응이 외부에서 에너지를 추가하지 않고도 스스로 유지될 수 있는 발화 목표에 특히 중요합니다.
청정 에너지에 대한 글로벌 경쟁이 점점 더 치열해지는 상황에서 중국의 "인공 태양"의 새로운 결과는 열핵의 큰 장벽이 점차 제거되고 있음을 보여주며, 거의 무한한 에너지원 전망을 더욱 명확하게 만들었습니다.
