Fusion Plasma Physics Research

핵융합 플라즈마 물리연구실

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핵융합 플라즈마 물리연구실

핵융합 플라즈마에 있어서 3차원 자기장 (혹은 비대칭 자장)의 존재는 마치 '양날의 칼'처럼 통상은 독약과 같지만 특정한 경우에 대단히 유용하게 사용된다.
특별히 고성능 플라즈마가 불안정해지면, 순식간에 고온고압의 플라즈마가 국부적으로 분출되며 디버터와 용기내벽의 안전과 수명에 위협을 줄 수 있는데,
3차원 공명자장(RMP)을 활용하면 핵융합 플라즈마를 마치 '순한 양'처럼 제어할 수 특정조건을 형성할 수 있음에 따라 전세계적으로 큰 주목을 받고 있다.

한국은 핵융합연구에서 선진국에 비해 후발주자임에도 불구하고, 3차원 공명자장 연구분야에서는 세계선두주자에 속한다.
실제로 대전에 위치한 KSTAR 핵융합 실험장치에서 2022년에 달성한 40초이상의 '3차원 공명자장 안정화 유지' (예. 30여초 그림 참조)는 세계 최고 기록이다.

현재는 특정물리조건에 대한 기작규명을 위해서 다양한 플라즈마 변수와 3차원 공명자장 관련연구를 집중적으로 수행 중이다. 특별히 KSTAR가 대형 핵융합장치 중에서는 사실상 유일하게 3열방식 3차원 공명자장 구현할 수 있는데, 이러한 공명자장 운용방식을 채택예정인 ITER (프랑스 남부에 2025년 완공예정으로 건설 중인 핵융합 실험로) 관련연구의 불확실성 해소에 큰 기여를 하고 있다.

따라서 UNIST 핵융합 플라즈마 물리연구센터는 한국의 핵융합 연구가 성공적으로 수행되도록 역량을 집중하고 있으며, 관련 연구성과물은 핵융합 플라즈마 실험 및 이론물리의 진보에 큰 공헌으로 기록될 가능성이 크다.

이외에도, 자기유체역학, 오차자기장, 난류수송, 중성입자밀도진단장치 개발 연구도 수행하고 있다.

The presence of 3-D magnetic field (strictly speaking, non-axisymmetric magnetic field) brings both challenges and opportunities in fusion plasmas. Specifically, the plasma stability and transport, as well as turbulence, are greatly affected by the 3-D magnetic field. Among various 3-D physics themes, the resonant magnetic perturbation (RMP)-driven, edge-localized-modes (ELM) control has been one of the hottest topics scientifically and technologically.

Considering that ELMs in magnetically confined plasmas would outburst substantial heat and particle fluxes on the divertor and plasma facing components, the full ELM-crash- suppression would help us avoid such harmful damages, so that almost all the major fusion devices have been vigorously searching for a solution. In this regard, the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) located at Daejeon, Korea became the world no. 1 device, in that the longest sustainment of full ELM-crash- suppression over 40 sec has been demonstrated using n=1 RMP (where n refers to the toroidal mode number.

Nonetheless, the detailed physics mechanism to make full ELM-crash- suppression, instead of ELM-crash- mitigation, remains to be clarified, whereas several key physics parameters, such as edge safety factor (q95), collisionality (nu*), and shape effect, have been found. Since the RMP configurations to be installed in ITER (the largest tokamak being built in Southern France, whose size is expected to be comparable to that of future fusion reactor) would be similarly tested in KSTAR, the divertor heat flux profiles and their dependence on 3-D field configurations are being actively investigated.

Currently, such 3-D field physics study plays a role of hub in drawing the attentions of both theoretical and experimental gurus, whose accomplishments would likely be remembered as one of the significant contributions to fusion research forever.

Magnetohydrodynamics/Error Field Study/Turbulent Transport/Neutral Particle Diagnostic Development would belong to the main research interests, as well.

Major research field

3-D magnetic field physics, Magneto-hydrodynamics, Turbulent Transport, Plasma Diagnostics

Desired field of research

Neutral particle diagnostics, Advanced Fusion Reactor Design, High Temperature Superconducting magnet development

Research Keywords and Topics

Resonant Magnetic Perturbation (RMP)-driven, edge-localized-modes(ELM) control
Error field study
Macroscopic magnetohydrodyanmic instabilities
Resistive wall mode (RWM) identification and control
Electron-cyclotron-emission (ECE) and ECE imaging (ECEI) diagnostics
Divertor heat flux measurements
Edge Pedestal Physics

Research Publications
MORE

- Nucl. Fusion 62, 066014 (2022) “Toward holistic understanding of the ITER-like resonant magnetic perturbation (RMP) ELM control on KSTAR”
- Nucl. Fusion 59, 126045 (2019) “Test of the ITER-like RMP configurations for ELM-crash-suppression on KSTAR”
- Nucl. Fusion 59, 056009 (2019) “Tamed stability and transport using controlled non-axisymmetric fields in KSTAR”,
- Nature Physics 14, 1223 (2018) “3D field phase-space control in tokamak plasmas”
- Nucl. Fusion 57, 116054 (2017) “Enhanced understanding of non‐axisymmetric intrinsic and controlled field impacts in tokamaks”
- Nucl. Fusion 55, 043004 (2015) “Extremely low intrinsic error field in KSTAR and its implications”

국가과학기술표준분류

  • NB. 물리학
  • NB04. 유체·플라즈마
  • NB0401. 플라즈마 물리

국가기술지도분류

  • 기타 분야
  • 060000. 국가기술지도(NTRM) 99개 핵심기술 분류에 속하지 않는 기타 연구

녹색기술분류

  • 녹색기술관련 과제 아님
  • 녹색기술관련 과제 아님
  • 999. 녹색기술 관련과제 아님

6T분류

  • 기타 분야
  • 기타 분야
  • 070000. 위의 미래유망신기술(6T) 103개 세분류에 속하지 않는 기타 연구