▲ [왼쪽부터 김상균 박사, 유민구 박사/서울대공대 제공]

서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 원자핵공학과를 졸업한 김상균, 유민구 박사가 아시아태평양물리학협회(Association of Asia Pacific Physical Societies) 플라스마 물리분과(Division of Plasma Physics)에서 선정하는 신진연구자상을 수상했다고 7일 밝혔다.

아시아태평양물리학협회의 신진연구자상은 플라스마 물리의 여러 세부 연구 분야에 크게 이바지한 30세, 40세 이하의 젊은 연구자에게 주어지는 상이며, 김상균 박사는 30세 이하, 유민구 박사는 40세 이하 부문에서 수상했다.

김상균 박사와 유민구 박사는 원자핵공학과 나용수 교수 지도 하에 각각 핵융합 장치인 ‘토카막의 플라즈마 경계면 불안정성 연구’와 ‘초기 시동 현상의 근본적 원리’를 밝혀낸 성과를 인정받아 수상자로 선정됐다.

핵융합 플라스마에서 발생하는 경계면 불안정성은 고온의 플라스마를 가두는 장치에 치명적인 손상을 줄 수 있어 토카막에서는 이를 억제하기 위해 플라스마에 3차원 자기장을 추가로 인가하고 있다. 그러나 이 방법을 통해 경계면 불안정성을 억제하는 기작은 그동안 규명되지 않고 있었다.

김상균 박사와 나용수 교수 연구팀은 ‘3차원 비선형 시뮬레이션’과 ‘국내 KSTAR 토카막 장치’의 실험을 통해 선형적 해석에 국한된 학계의 통념에서 벗어나 3차원 자기장 인가에 따른 플라스마와 경계 불안정성 간의 비선형적 상호작용이 불안정성 현상 제어에 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혔다.

또한 이 연구를 기반으로 안정적인 경계 불안정성 제어를 위한 3차원 자장 인가 조건을 제시해 EU, 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 그리고 한국이 참여하고 있는 국제핵융합실험로 ITER와 같은 미래 핵융합 장치의 운전 시나리오 설계 및 최적화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

한편 이번 연구 성과는 핵융합 분야의 권위 있는 학회인 IAEA 핵융합학회와 Nuclear Fusion 학술지에 발표됐다.

현재 김상균 박사는 서울대에서 박사학위를 취득한 뒤 2020년도부터 미국의 프린스턴 대학교에서 박사후 연구원으로 재직하며, ‘3차원 자장이 핵융합 플라스마 구조에 미치는 작용과 이에 관한 물리 연구’를 진행하고 있다.

또한 유민구 박사와 나용수 교수 연구팀은 핵융합 시동 연구에 수십 년간 널리 사용되던 기존 전통적 이론의 모순을 밝혀내고, 독자 개발한 3차원 시뮬레이션과 국내 KSTAR 토카막 장치의 실험을 통해 핵융합 플라스마의 초기 시동 시 플라스마가 스스로 강한 전기장을 만들어내고, 그에 따른 난류 수송이 초기 플라스마 형성을 결정한다는 것을 최초로 입증했다.

시동 시나리오 설계의 새로운 패러다임으로써 복잡한 전자기장 구조를 쉽게 분석할 수 있는 위상분석방법론을 제시해 ITER와 같은 미래 핵융합 장치의 초기 시동 시나리오 설계 및 최적화에 큰 파급력을 지닐 것으로 기대된다.

한편 이번 연구 성과는 국제 저명 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2018년 게재된 바 있다.

현재 유민구 박사는 서울대에서 박사학위를 취득한 뒤 2018년부터 미국의 프린스턴 플라스마 물리 연구소(Princeton Plasma Physics Laboratory)에서 박사후 연구원으로 재직하며 핵융합 플라스마 붕괴 현상의 물리적 기작에 대한 연구를 진행하고 있다.