극지 하늘을 장식하는 ‘오로라’의 비밀 핵융합 연구로 풀었다

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태양에서 방출된 대전입자, 즉 플라즈마 일부가 지구 자기장에 이끌려 공기 분자와 반응해 영롱한 빛을 보이는 극지의 오로라는 한 번 보면 그 아름다움에 빠져들게 된다고 한다.

국내 연구진이 오로라의 어두운 부분인 ‘블랙오로라’의 비밀을 핵융합 원리를 이용해 풀어냈다.
국가핵융합연구소 제공

오로라 중 어둡게 보이는 부분을 블랙 오로라라고 하는데 이 부분은 강한 전기장을 띄고 있어 통신위성에 기능장애를 일으키기도 하지만 정확한 발생원리나 메커니즘이 밝혀지지 않았다.

국내 연구진이 오로라 현상이 태양의 플라즈마 때문이라는 점에 착안해 핵융합장치에서 발생하는 플라즈마 현상을 분석하는 방법으로 비밀을 풀어내 주목받고 있다.

한국기초과학지원연구원 부설 국가핵융합연구소의 이관철 KSTAR연구센터 책임연구원이 오로라 같이 지구 이온층에서 발생하는 전기장 원리를 규명하는데 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘플라즈마 물리학’ 15일자에 실렸다.

이관철 박사가 블랙오로라 현상을 풀어내는데 이용한 자이로중심이동분석법. 이 박사가 핵융합 연구를 위해 직접 고안해 낸 계산방식이다.
국가핵융합연구소 제공

이 박사는 오로라에서 발생하는 강한 전기장 원리가 핵융합장치에서 만들어진 초고온 플라즈마에서 나타나는 전기장 발생현상과 동일하다는 것을 알게됐다.

이 박사는 핵융합 플라즈마에서 이온의 움직임을 계산하는 ‘자이로중심이동분석법’을 이용해 블랙오로라 분석했다. 그 결과 블랙오로라에서 발생하는 강한 자기장도 핵융합 플라즈마가 만들어질 때처럼 이온과 중성입자의 상호작용에 의한 현상이라는 것을 처음으로 밝혀냈다.

국가핵융합연구소 이관철 책임연구원

특히 물리학계에서는 이번 연구결과가 플라즈마 물리학의 기본 원리인 ‘준중성’ 이론에도 새로운 시각을 제시해준다는데 주목하고 있다.

준중성은 이온과 전자로 이뤄진 플라즈마는 내부에 전기장이 발생해도 아주 작은 영역에서만 영향을 미칠 뿐 플라즈마 전체로는 평형을 이루고 있다는 원리다. 그러나 이번 블랙오로라의 전기장 현상은 이 원리가 일치하지 않는 결과를 보여 준중성 원리에 대한 새로운 연구가 필요하다는 것을 보여주고 있기 때문이다.



이관철 박사는 “인공태양으로 불리는 핵융합 장치에서 만드는 초고온 플라즈마도 우주에서 나타나는 플라즈마아 유사한 형태로 움직이기 때문에 핵융합플라즈마 연구과정에서 나온 결과를 오로라 같은 자연현상에서 발생하는 물리현상에도 적용할 수 있을 것이라 생각했다”고 말했다.

유용하 기자