플라즈마 물리 난제, 韓 연구자 풀었다…‘다중 스케일 연계’ 실체 입증

작성일 08-07

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 서울대-아태태평양물리이론센터 공동 연구팀 아주 작은 자기 난류, 플라즈마 거시 구조 변화 플라즈마 난류 제어, 태양 플레이어 등 단서 제공 
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 <img alt="자기 난류 발생과 3차원 자기 재연결을 통한 자기유체 평형 변화 과정의 개념도. 과기정통부 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/dt/20250807005406887xvtw.png" data-org-width="640" dmcf-mid="toZeb7IiTn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/dt/20250807005406887xvtw.png" width="658">
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 자기 난류 발생과 3차원 자기 재연결을 통한 자기유체 평형 변화 과정의 개념도. 과기정통부 제공
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 국내 연구팀이 플라즈마 물리의 난제 중 하나인 ‘다중 스케일 연계’ 현상을 입증했다. 핵융합 플라즈마 난류 제어와 태양 플레이어 등 천체 플라즈마의 근본적인 물리 현상을 이해하는 데 중요한 단서를 제공해 줄 것으로 평가된다. 과학기술정보통신부는 박종윤 서울대 박사 연구팀과 윤영대 아시아태평양이론물리센터(APCTP) 박사 연구팀이 공동으로 핵융합 실험과 우주 플라즈마 이론 간 융합연구를 통해 ‘다중 스케일 연계’ 현상을 입증했다고 7일 밝혔다. 연구결과는 이날 국제 학술지 ‘네이처’에 실렸다. 플라즈마는 물질이 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 이온 입자로 분리된 상태로 기체, 액체, 고체가 아닌 제4의 상태로도 불린다. 핵융합 반응의 매개일 뿐 아니라 우주 대부분을 차지하는 물질 상태이기도 하다. 미시적 현상을 이용해 플라즈마 구조의 거시적 변화를 일으키는 ‘다중 스케일 연계’는 핵융합 기술 개발과 우주 근원 연구의 중요한 주제로 여겨져 왔지만, 입증하는 데 어려움을 겪어왔다. 연구팀은 서울대의 핵융합 실험 장치를 이용한 실험 데이터 분석과 한국핵융합에너지연구원 슈퍼컴퓨터를 이용한 입자 시뮬레이션 검증을 통해 미시 자기 난류를 발생시키면 ‘자기재연결’이 효과적으로 발생해 플라즈마에 거시적인 구조 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 입증했다. 자기재연결은 자기장 에너지가 플라즈마 열에너지로 변화되는 과정을 말한다. 연구팀은 강한 전자빔에 의해 의도적으로 발생된 미시 자기 난류가 플라즈마의 저항성을 높이면 자기재연결을 효과적으로 유도하고, 궁극적으로 플라즈마의 거시적 구조 변화를 일으킨다는 사실을 실험을 통해 세계 최초로 확인했다. 자기재연결이 미시 난류에 의해 촉진될 수 있다는 물리적 경로를 실험과 시뮬레이션으로 동시에 검증한 것으로, 플라즈마 물리학의 대표 난제 중 하나인 자기재연결의 시작에 대한 근본적인 설명과 다중 스케일 연계 현상의 실체를 실험적으로 구현했다는 점에서 학문적 파급력이 크다고 연구팀은 설명했다. 박종윤 서울대 박사는 “서울대 핵융합로 운전 실험과 APCTP 이론 시뮬레이션의 학제간 융합연구 사례로 더욱 의미가 크다”며 “태양 플레어나 자기 폭풍 같은 우주 환경에서도 중요한 역할을 하는 자기 재연결 개시에 대한 새로운 단서를 제시했다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다. 윤영대 아태이론물리센터 박사는 “이번 연구 성과가 플라즈마 물리 분야 해석의 틀을 확장하는 데 기여하는 것은 물론, 새로운 핵융합 기술 개발의 기반이 되기를 바란다”고 기대했다. 
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 <img alt="박종윤(왼쪽) 서울대 박사, 윤영대 APCTP 박사 과기정통부 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/dt/20250807005408250oqlx.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="FlPkRPZwvi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/dt/20250807005408250oqlx.jpg" width="658">
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 박종윤(왼쪽) 서울대 박사, 윤영대 APCTP 박사 과기정통부 제공
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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