새로운 단일 결정 분산 간섭계를 개발함으로써 핵융합로에서 전자밀도 측정을 가능케 하고 플라즈마 붕괴 현상 완화에 기여할 수 있다.

플라즈마 붕괴 현상 (disruption)은 플라즈마에 저장된 에너지가 일시에 방출되는 현상으로, 대량의 에너지가 일시에 방출되면서 핵융합 장치에 손상을 미칠 가능성이 있다. 따라서 향후 핵융합 상용 시설은 플라즈마 붕괴 현상을 반드시 완화해야 하고, 이를 위한 방법으로 국제 핵융합 연구시설인 ITER는 shattered pellet injection (SPI) 기법을 연구 중이다. 하지만 SPI 플라즈마의 경우 핵융합 장치에서 일반적으로 사용되는 10.6um 파장의 간섭계를 통해 전자밀도를 측정하기 매우 어려우므로, 원자력및양자공학과의 핵융합 및 고에너지과학 연구실(김영철교수팀)의 이동근박사과정생은 한국핵융합에너지연구원과의 협업으로 1064nm 파장을 사용하는 분산 간섭계를 개발 및 설치하여 전자밀도를 진단하고 있다.

특히, 기존의 분산 간섭계는 비선형 결정을 두 번 사용하는 방식으로 간섭계 설치가 매우 어렵다는 점을 개선한, 비선형 결정을 한번만 사용하는 단일 결정 분산 간섭계(Single Crystal Dispersion Interferometer)를 개발하였고 (그림 1) 이를 통해 지난 여러 해 동안 10.6um 파장을 사용하는 이색 간섭계는 진단하지 못한 SPI 플라즈마의 전자밀도를 성공적으로 측정하였다 (그림2).

상기 연구 결과는 2024년 1월 Nuclear Fusion 저널에 게재되었다 (Dong-Geun Lee et al. 2024 Nucl. Fusion 64 016024). 개발된 단일 결정 분산 간섭계를 활용하여, KSTAR의 중심 부분과 가장자리 부분을 동시에 측정한다. 이를 통해 SPI로 인한 전자밀도 변화가 공간 상에서 어떻게 달라지는지도 측정하여 플라즈마 붕괴 완화 연구 및 핵융합 연구에 더욱 기여할 것으로 기대 중이다.