2015년 ‘탈(脫)동조화된 다중입출력 평형제어기술’ 개발을 통한 100% 비유도성 정상상태 플라즈마 전류구동 운전 달성에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 ‘탈(脫)동조화된 다중입출력 평형제어기술’ 개발을 통한 100% 비유도성 정상상태 플라즈마 전류구동 운전 달성 1.주요 연구성과 정성적 성과 플라즈마 자장평형 구조 실시간 제어를 위한 탈(脫) 동조화된 다중입출력 플라즈마 평형 제어기술을 개발적용하여, 플라즈마 제어 성능 및 안정성을 획기적으로 향상 시켰으며, 이를 토대로 운전영역의 확대와 운전성능의 본질적 향상 향상된 제어 성능을 기반으로, KSTAR 최초 100% 비유도성 전류구동 플라즈마를 정상상태 운전으로 구현하고, 55초 최장시간 플라즈마 운전에 성공 정량적 성과 논문 3편(발표 및 투고 준비 중), 학술발표 2건 2. 기대효과 및 파급효과 KSTAR 핵융합 플라즈마 운전을 고성능 최첨단 토카막 운전 단계로 승격 100% 비유도성 플라즈마 전류 구동을 정상상태로 구현실증하여, 최첨단 토카막 운전 단계의 첫걸음을 달성하여, 다양한 최첨단 고급 운전 모드 구현을 위한 토대를 제공 플라즈마 제어 성능의 본질적 향상과 다양한 최첨단 고급 운전 모드 실증적 구현을 통해, 미래 핵융합로 개발을 위한 심층 물리연구의 기반과 환경 마련 3.관련그림 탈(脫)동조화된 다중입출력 평형제어기술을 활용한 제어 성능 및 안정성 향상결과 최초 100% 비유도성 전류구동 정상상태 KSTAR 플라즈마 운전 55초 이상 최장시간 플라즈마 운전 달성

국제 표준 규격(고속 패브릭 스위칭 기반 플랫폼 규격, MTCA.4)의 FPGA 기반 고속 실시간 데이터 처리기 국산화 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 국제 표준 규격(고속 패브릭 스위칭 기반 플랫폼 규격, MTCA.4)의 FPGA 기반 고속 실시간 데이터 처리기 국산화 개발 1.주요 연구성과 정성적 성과 현대의 제어시스템 구성은 컴퓨터와 네트워크 장치가 통합되어 고속의 데이터 전송, 프로토콜, 정보처리, 스토리지, 컴퓨팅이 하나의 규격화된 플랫폼으로 설계되고 있으며, 다양한 연산기능과 높은 가용성, 고속 데이터처리 기능을 갖춘 전체 시스템은 단순한 박스 형태가 아닌 국제적 표준규격을 준수하는 개방형 플랫폼으로 구성하는 것이 당연시되고 있음. 특히 통신 시장에서는 3G, LTE 등 캐리어급의 통신 시스템을 수용하고 모듈화 및 인텔 리전트 기능이 가능한 high reliability를 실현하는 개방형 구조를 구체화하였으며, 통신과 컴퓨팅을 컨버전스(convergence) 하고 새로운 서비스를 쉽게 적용시키기 위해 산업계 국제 컨소시엄에서 표준 플랫폼 구조를 제시함. 또한 최근 신규로 구축되는 High Energy Physics 제어 분야에서 기존의 VME 기반 시스템을 대체하는 다양한 설계가 진행 중이며, 기본적으로 FPGA를 사용한 고속 데이터 처리 및 전송을 지원하는 모듈화 개념을 적용하고 있으며, 본 성과의 내용은 상기의 시장 흐름을 예측하고, KSTAR 제어시스템 국산화를 위한 국제 규격의 다기능 데이터 처리 모듈 개발에 있음. PICMG Ⓡ 에서 새롭게 공시한 고속 패브릭 스위칭 기반 플랫폼(MTCA.4)규격을 적용하고 ARM 프로세서가 내장된 FPGA를 사용한 실시간 고속 데이터 처리기임. 내장 프로세서에 리눅스 및 EPICS 미들웨어 등을 탑재한 SoC 기반 환경 구축. 정량적 성과 논문 2편(2013년 1건, 2014년 1건), 학술발표 1건(2015년) 2. 기대효과 및 파급효과 대형 연구시설 제어시스템 적용을 통한 일반 산업용으로 확장 적용 가능 핵융합, 가속기 등 대형 연구시설의 제어시스템 제작에 투입하여 수입대체 효과를 가지며, 상용화를 통한 해외 시장 진출을 바라볼 수 있음 공장 자동화, 고속제어, 통신, 국방, 의료 등 광범위한 분야에서 실시간 고속 데이터 처리가 필요한 제어기 제작에 확대 적용 가능함. 3.관련그림 개발된 제어 모듈 외형 진단장치에 설치된 모습

2015년 넓은 동작 주파수에서 크기 균일도가 우수한 광대역 하이브리드 분배기 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 넓은 동작 주파수에서 크기 균일도가 우수한 광대역 하이브리드 분배기 개발 1.주요 연구성과 정성적 성과 플라즈마 가열용 반사파로부터 보호하는 부하탄력용 고출력 광대역 하이브리드 분배기 개발 기존 제품 대비 최대 2배의 주파수 대역폭 확장이 가능한 광대역 특성을 갖는 분배기 개발 수입에 의존해 온 방위산업 분야 통신시스템용 ‘광대역 분배기’의 국산화를 위한 기술력 축적 정량적 성과 SCI 논문 1편, 국외학술발표 2건, 국내학술발표 1건, 특허등록 2건, 특허출원 1건, 기술료 수입액 : 40,000천원 2. 기대효과 및 파급효과 기술이전기업에서 다양한 분야에 사용되는 광대역 분배기 출시 - S-대역 항공항행장비용 안테나 신호 검출용 분배기 개발 - L/S-대역 이동통신 및 무선통신장비용 광대역 분배기 개발 - S/X-대역 선박용 레이다 시스템의 FEU용 분배기 개발 - X-대역 지상감시 레이다 송신신호검출용 분배기 개발 - Ku-대역 차기 군 위상사업용 안테나 신호 검출용 분배기 개발 분배기 적용 가능 제품 확대를 통한 시장 개척 가능 국내외 무선통신, 광통신, 군 통신용부터 지상 감시 레이더 시스템, 위선통신 시스템에 사용되는 분배기 국산화 및 해외시장 진출 3.관련그림 L/S-Band, 1710~2700MHz 이전기업에서 출시한 L/S -Band 하이브리드 분배기 개발품 S-Band, 2700~3800MHz

2015년 고속 중성자를 이용한 물체 내부 투시 정밀 영상화 기술 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 고속 중성자를 이용한 물체 내부 투시 정밀 영상화 기술 개발 1.주요 연구성과 정성적 성과 기존의 X선, 감마선 및 열중성자로서는 어려운 물체의 내부를 고속 중성자를 이용 내부 투시하여 정밀 영상화할 수 있는 장치 및 기술을 국내 최초로 개발 본 연구에서 CCD 카메라 기반 디지털 영상화 장치의 측정 한계치를 넘어서는 0.5mm 이하의 고분해능을 가지는 장치 개발 기술 ※ 세계 선도적 수준의 독일 연방물리연구소(PTB)의 1mm 분해능 결과와 비교하여 이를 앞서는 세계 최고화 기술 수준의 고속 중성자 이용 내부 투시 정밀 영상화 기술 개발 성공 KSTAR 기반 개발된 장치의 실증을 통한 기존의 비파괴 검사를 대체 가능 및항공/우주, 방위산업, 부품 소재산업체 등의 산업현장과 다양한 분야에 연계 활용 가능성 제시 정량적 성과 논문 2편(2015년 1편, 2016년 1편 예정), 학술발표 3편(2015년 2편, 2016년 1편), 특허출원 2건 2. 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 고속 중성자 이용 내부 투시 정밀 영상화 관련 기술 국내 선도 그룹 형성 대형 연구시설 KSTAR를 활용한 연구 성과의 산업적 활용 가능성 제시 생산 및 보안 서비스 등의 현장에서 물자 및 부품의 결함 여부 탐색검지 등에 활용을 통해 해당 산업분야의 첨단화 및 고도화 추진 가능 경제적사회적 측면 국내외 시장의 현황 및 수요 요구 맞춤형 최적화 장치 개발이 가능하여 국내외 수요 시장 확대 도모 가능 물체 내부 투시 영상 기술을 활용한 다양한 Spin-off 분야 도출 및 연계된 신사업 창출 아이템 발굴을 통한 신규 사업 개척 가능 3.관련그림 본 연구결과: 0.5mm 이하의 고분해능을 가진 고속 중성자 정밀 영상 사진 해외 (독일PTB) 연구 결과의 고속 중성자 영상 사진 고속 중성자의 내부 투시 영상화 장치의 성능 테스트에 사용된 텅스텐 재질의 마스크 사진

2015년 고성능 초전도 핵융합장치 운영을 위한 플라즈마 전류밀도분포 측정기술 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 고성능 초전도 핵융합장치 운영을 위한 플라즈마 전류밀도분포 측정기술 개발 1.주요 연구성과 정성적 성과 고성능 플라즈마 유지의 핵심 조건인 플라즈마 전류밀도 분포측정을 위한 MSE (Motional Stark Effect) 진단장치의 성공적인 개발 완료 KSTAR에 MSE 진단장치를 성공적으로 개발하여 제작설치 완료 및 성능입증 (공간해상도 1-3 cm, 시간분해능 10 ms, 25채널, 초당 100회 측정) • KSTAR 장치로부터 30미터 원격지(진단실)에 위치한 검출기까지 광신호 (채널당 초당 1억 개 수준의 광자) 전송 가능 정량적 성과 논문 8편, 학술발표 8건, 특허 6건, 프로그램등록 3건, NTIS 장비구축 1건 2. 기대효과 및 파급효과 핵융합 물리연구분야의 세계적 연구그룹으로 도약 핵융합장치의 플라즈마 전류분포에 대한 직접적인 측정이 어려워 추정치 계산에서 실제 측정값을 활용하는 물리연구의 획기적 개선 플라즈마 전류분포 측정분야에서 초전도 핵융합장치의 구조적 접근성 제한을 극복 하는 표준 보정기술로 정착 가능 고진공 및 노이즈 등의 극한 환경에서 초정밀 초고속으로 편광 성분을 측정할 수있는 기술 확보 (국방 및 IT 분야 적용 잠재력) 3.관련그림 진단 포트에 설치된 수광부 진단실에 설치된 집광부 전류밀도를 반영하는 자기장 경사각 분포

2015년 KSTAR 연구장치의 고가둠 플라즈마로 전이되는 낮은 임계전력 특성과 이온온도 및 속도 분포 연구에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 KSTAR 연구장치의 고가둠 플라즈마로 전이되는 낮은 임계전력 특성과 이온온도 및 속도 분포 연구 1.주요 연구성과 정성적 성과 KSTAR 장치의 고정밀 제작 및 설치 기술의 우수성에 의해서 현존 핵융합 장치 중에서 자기장 오차가 가장 낮음을 확인했으며, 이로 인해 기존의 타 장치에 비해 고가둠 (High confinement mode, H-mode) 플라즈마로 전이하는데 소요되는 가열출력이 매우 낮을 뿐 아니라 고가둠 플라즈마를 유지하는데 요구되는 플라즈마 회전속도 또한 매우 높음을 실험적으로 보여줌 세계적으로 낮은 자기장 오차와 낮은 자기장 리플에 의해서 고가둠 상태에서 언저리 영역의 높은 회전속도 KSTAR 핵융합 실험장치(dB/B 0 ~10 -5 )에서 고가둠 플라즈마로 전이하는데 소요되는 임계전력(threshold power)이 비슷한 크기의 DIII-D장치(dB/ B 0 ~10 -4 )보다 10% 이상 낮은 특성을 보이며, 이것은 낮은 자기장 오차가 고가둠으로 전이하기 위한 임계전력을 낮추는 역할을 한다는 것을 실험적으로 보여줌 세계적으로 낮은 자기장 오차와 낮은 자기장 리플에 의해서 고가둠 상태에서 언저리 영역의 높은 회전속도 고가둠 상태에서 언저리영역의 높은 회전속도를 실험적으로 보여주며, 이것은 다른 장치에서 측정하기 어려운 언저리 영역의 회전속도 분포와 이온온도 분포를 정확히 측정함으로써 확인 정량적 성과 논문 2편(2014년 1편, 2015년 1편), 학술발표 3건(2015년) 2. 기대효과 및 파급효과 핵융합 물리 연구분야의 세계적 연구그룹으로 도약 낮은 자기장 오차가 고가둠으로 전이하기 위한 가열출력을 낮추는 역할을 한다는 것을 실험적으로 보여줌으로써 고가둠으로 전이하기 위해서 다른 장치에 비해서 낮은 임계전력이 필요할 뿐만 아니라 같은 전력으로 더 큰 성능의 플라즈마를 만들 수 있는 잠재력을 확인 ITER 장치에서 예상하는 자기장 오차에서 고가둠으로 전이하기 위한 가열출력을 예측할 수 있는 실험적 근간을 마련 3.관련그림 고가둠(H-mode)으로 전이하는 타장치 대비 10%이상 낮은 임계전력 특성 (KSTAR(적)와 DIII-D(흑) 비교)t KSTAR 플라즈마 속도분포 특성 KSTAR 플라즈마 이온온도분포 특성

2015년 토카막 핵융합 플라즈마 난류 동력학적 시뮬레이션 기술 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 토카막 핵융합 플라즈마 난류 동력학적 시뮬레이션 기술 개발 1.주요 연구성과 정성적 성과 획기적인 비용 절감과 활용 범위를 확대한 활용범위를 확대한 전도냉각형 초전도자석 ECR 이온원 국내 개발 성공 (첨단 초전도 기술 적용으로 고효율/저비용 달성, 기존 ECR 이온원 한계 극복) - 이번 전도냉각형 초전도자석 ECR 이온원은 첨단 초전도 기술인 “전도냉각형 초전도 자석”기술로써, 기존 ECR 이온원처럼 고가의 액체헬륨이나 관련 부대장치가 필요 하지 않음 - 이러한 획기적인 비용 절감(1/10)과 저전력화, 소형화(기존의 1/4) 기술력은 고전하 중이온빔을 고가의 가속기 없이도 이용할 수 있게 할 수 있어 다양한 산업체에서도 활용될 수 있는 장점을 가짐. 특히, 첨단 초전도 기술인 초전도기술인 전도냉각형 전도냉각형 ECR 이온원 개발은 세계적으로도 프랑스, 러시아, 일본에 이은 세계 4번째 성공 쾌거 - 나아가, 이번에 개발된 전도냉각형 초전도자석 ECR 이온원 기술에는 초전도자석에 의한 고자기장(>2 T) 발생 기술과 마이크로웨이브(>18 GHz) 플라즈마 기술, 그리고 이온빔 인출형성수송기술이 통합적으로 활용된 선진 이온원 기술 정량적 성과 논문 3편, 학술발표 7건, 기술료 260,000천원 2. 기대효과 및 파급효과 중이온가속기의 이온발생장치와 중이온치료기의 차세대 이온발생장치로도 사용가능 하며, 그동안 수입에 의존하던 이온빔 임플란터기술 등에도 활용 고전하 중이온빔과의 물질반응을 이용, 핵융합 물질개발, 신약개발을 위한 바이오 물질과 생체세포 연구, 초소형의 차세대 반도체 개발 등 다양한 미래 선도형 연구에도 적용 가능 또한 기존의 이온을 활용한 마이크로 수준 물질 연구를 나노 수준으로 확장하여 새로운 차원의 신소재 개발을 가능하게 함. 예를 들어, 초소형의 미세회로 개발이나, 초고해상도 엑스레이 진단기술 등에 필요한 원천기술을 제공 무엇보다 무냉매 전도냉각형 초전도 ECR 이온원 기술은 획기적인 비용 절감과 활용 범위 확대할 수 있어 국내뿐 아니라 인도 및 중국 등 해외에서도 깊은 관심을 보이고 있으며, 학계에서도 매우 고무적인 연구로 평가하고 있으며, 향후 고효율 이온원 기술 및 핵융합 파생기술 상용화를 통해 세계 가속기 시장 등 관련 첨단 분야에서 우위 선점 기대 3.관련그림 D형 단면을 갖는 토카막 플라즈마에서 이온 온도 구배로 인해 발생한 난류가 시간에 따라 변화하는 모습을 슈퍼 컴퓨터를 사용해 시뮬레이션한 모습 관련논문 : J.M. Kwon et. al., “Development of semi-Lagrangian gyrokinetic code for full-f turbulence simulation in general tokamak geom

2015년 핵융합장치용 대형 초전도 자석 해석코드 성능개선에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 핵융합장치용 대형 초전도 자석 해석코드 성능개선 1.주요 연구성과 정성적 성과 KSTAR 초전도자석 열수력 해석모델 개발 - 핵융합장치의 안정적인 운용에 가장 중요한 사항의 하나인) 초전도자석의 불안정성, 특히 치 등의 모사가 가능한 열수력 해석모델 개발 완료 - 상기 모델의 검증 과정에서 세계적으로 가장 널리 쓰이는 SuperMagnet 코드의 근원적인 문제점, 열유체의 모델링 과정에서 특정한 node에서 보존법칙이 위배되는 현상 등을 확인 열수력 해석코드의 근원적 문제 발견 및 해결방안 확보 - 열유체 경계와 연결부분간 물리량의 흐름을 정확히 기술할 수 있는 계산방식을 고안함으로써 열유체 망을 모사하는 기존 FLOWER 코드의 성능을 획기적으로 개선 - 상기 결과는 학회 발표만으로도 관련 학계의 비상한 관심을 받고 있으며, 특히 코드 개발자와 관련 사항을 포함하는 사항을 포함하는 코드 개발을 진행 정량적 성과 논문 2편 (준비중), 학술발표 2건 2. 기대효과 및 파급효과 KSTAR 초전도자석의 안정적이며 가장 효율적인 운용 - 개선된 코드를 활용한 KSTAR 초전도자석 해석모델에 대한 연구가 이미 진행되고 있으며 이를 통해 보다 안정적이며 효율적인 운용이 기대 - 특히 상기 모델은 최신 병렬 컴퓨팅 기법과 연계되어 실시간 플라즈마 제어에도 응용될 예정 ITER 초전도자석을 포함한 핵융합용 초전도자석 해석의 표준코드 - 기존의 SuperMagnet 코드를 대체하는 새로운 표준으로 정착될 가능성이 매우 높으며 ITER를 포함한 향후의 핵융합용 초전도자석의 설계 및 운용에 널리 파급 효과가 있으리라 예상 3.관련그림 핵심개념에 대한 발표자료 주요결과 발표자료

2015년 한국형 핵융합실증로 (K-DEMO) 주장치 설계개념 구체화 개발에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 한국형 핵융합실증로 (K-DEMO) 주장치 설계개념 구체화 1.주요 연구성과 정성적 성과 핵융합실증로 주요 장치인 초전도 자석, 디버터 및 삼중수소 증식블랑켓에 대한 최적화 개념 개발 3차원 중성자 수송 해석 수행, 삼중수소 증식율 1.02 달성 정량적 성과 논문(SCI) 6편, 학술발표 15건, 국제공동연구 1건(미국 PPPL연구소) 2. 기대효과 및 파급효과 초전도 자석 개념, 디버터 개념 및 삼중수소 증식율 1.02를 달성할 수 있는 증식블랑켓 개념 개발을 바탕으로 핵융합실증로 개념 개발에 진일보 도출된 증식블랑켓 및 실증로 개념설계에 대한 국내외 연구진의 검토와 의견 수렴을 통한 한국형 핵융합 실증로의 설계 기반 확보 3.관련그림 한국형 핵융합실증로(K-DEMO) 설계개념 정립 발표 논문 (Nuclear Fusion, Volume 55 (2015)) 한국형 핵융합실증로(K-DEMO) 중성자 수송 해석을 위한 3차원 모델

2015년 세라믹 증식재 페블 대량 생산 시스템 구축에 대한 주요 연구성과, 기대효과 및 파급효과, 관련그림 입니다. 2015 세라믹 증식재 페블 대량 생산 시스템 구축 1.주요 연구성과 정성적 성과 Li 2 TiO 3 삼중수소 증식재 페블 대량생산 시스템 구축 완료 및 운전조건 확립 연간 50 kg의 생산성 확인 (Li 2 TiO 3 페블 기준) 이온교환법 및 고상반응법을 이용한 Li 2 TiO 3 나노분말 합성법 개발 IEA 협력 Round-robin Test를 통한 Li 2 TiO 3 페블의 성능 안정성 검증 정량적 성과 학술발표(국외) 2건, 학술발표(국내) 3건, 특허(출원) 2건 2. 기대효과 및 파급효과 핵융합로용 고체형 삼중수소 증식재 페블의 국산화 및 대량생산 기술 확보 일본과 유럽연합을 중심으로 개발되어 오던 핵융합로용 고체형 삼중수소 증식재 페블의 국산화를 통한 국가경쟁력 확보 증식재 페블 대량 생산 시스템 구축 완료 및 생산능력 검증을 통해 ITER를 이용한 증식블랑켓 실험에 필요한 페블의 안정적 공급이 확보되었으며, 뛰어난 성능의 페블 제조가 가능하므로 수출 가능성도 기대 기술이전을 통해 핵융합 관련 산업의 기업 및 전문인력 육성과 신산업 창출이 기대 3.관련그림 [증식재 페블 성형 자동화 장치] 페블 제조 능력 (Li 2 TiO 3 ) : 50 kg/year