Research

핵융합 발전은 화력 발전에 비하여 이산화탄소 배출은 적고, 핵분열 원자력 발전에 비하여 저준위 방사성 물질을 배출하며, 재생 에너지 발전에 비하여 안정적이고 높은 효율의 에너지를 공급한다. 이러한 꿈의 에너지원을 얻기 위해 우리 연구실은 1) 베이지안 통계 기법 및 머신러닝을 활용한 핵융합 실험로 내부 상태 예측 2) 광학 진단을 통한 핵융합 플라즈마 밀도 측정 3) 플라즈마 불안정성 물리 연구 등을 수행하고 있다. 한국핵융합에너지연구원, 막스플랑크 연구소를 비롯한 국내외 여러 기관들과 활발한 협업이 이루어지고 있다.

기초 플라즈마 연구는 플라즈마 물리의 가장 기초적인 개념을 파고들어 새로운 현상을 발견하거나 실험적으로 검증하는 것을 뜻한다. 우리 연구실은 다양한 DC 플라즈마를 방전시킬 수 있는 플라즈마 장치 MAXIMUS(MAgnetic X-point sIMUlator System)에서 다양한 연구를 진행하고 있다. MAXIMUS는 토카막의 폴로이달 자기장을 모사하고 이에 따른 플라즈마 수송 및 확산 현상의 특성을 연구한다. 자기장을 형성시키지 않을 경우 플라즈마-벽 상호작용을 이해하는 데 핵심적인 개념인 쉬스(sheath)에 관한 연구를 진행하고 있다. 우리 연구실은 MAXIMUS 장치에서 연구를 수행하기 위해 다양한 플라즈마 방전원을 제작하고 진단법을 개발하여 사용하며 PIC 시뮬레이션을 이용하여 위의 물리 현상을 들여다보고있다.

반도체 공정에 플라즈마가 사용되며 DC 방전으로 플라즈마를 만드는 방식은 금속 전극이 플라즈마와 직접 접촉하므로 공정 물질로 인한 전극 오염을 피할 수 없다. 이에 반해 교류 (AC) 전압으로 플라즈마를 만들면 전극 오염 없는 안정적인 공정이 가능하다. 우리 연구실에서는 광학 및 탐침 진단인 Thomson scattering, Langmuir probe, Cutoff probe 등을 활용하여 교류 전압을 인가하여 만든 라디오 주파수 플라즈마의 특성을 연구하고 있다. 해당 연구는 반도체 공정에 사용되는 플라즈마의 물성을 파악하여 효율적인 공정을 구축하는데 도움을 줄 것으로 기대한다. 한국핵융합연구원 플라즈마기술연구소의 지원 하에 해당 연구가 진행되고 있다.

두 개 이상의 와이어를 꼬아서 강한 전류를 흘려주면 해당 와이어들이 플라즈마화 되는데 이를 “X-pinch 플라즈마”라고 한다. 해당 플라즈마 연구를 통하여 고에너지밀도 플라즈마 물리를 연구할 수 있다. 고에너지밀도 플라즈마이기 때문에 접촉식 진단은 사용하기 어려우며 플라즈마의 생성 단계가 수백 나노 초수준으로 굉장히 짧은 시간동안 이루어지므로 이를 측정하기 위한 선형 및 비선형 광학 진단을 개발하였다. 국방과학연구원의 지원 하에 해당 연구가 진행되고 있으며, 실험장치가 설치되어 있는 서울대학교 연구실과 활발한 협업이 이루어지고 있다.