3차원 자장을 이용한 불안정성 억제 시 플라즈마 수직유동 변화 측정 성공에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과1 3차원 자장을 이용한 불안정성 억제 시 플라즈마 수직유동 변화 측정 성공 주기여자 이재현, 전영무, 인용균, 박건영, 고원하 윤건수(POSTECH), 박현거(UNIST) 주요 연구성과 정성적 성과 3차원 공명자장(Resonant Magnetic Perturbation)을 이용한 경계면 불안정성(edge-localized-modes) 억제 시 플라즈마 수직유동이 급격하게 변화하는 증거를 세계 최초로 직접 포착 - 전자온도 난류이미징 진단(ECEI, Electron cyclotron emission imaging)을 통해 측정된 플라즈마 수직 유동이 급격하게 낮은 값으로 변화와 함께 거의 동시에 억제로의 천이가 이루어짐을 직접 관측하였으며, 실험에서의 측정값과 이론에 근거한 M3D-C1을 통한 시뮬레이션 결과와도 비교 검증 우수성 및 차별성 우수성 - 공간 및 시간 해상도가 높은 MHD 및 난류 연구를 위해 설계된 KSTAR ECEI 진단 시스템을 사용하여 플라즈마 수직유동을 세계최초로 직접 측정하고 관련 작용에 대해 이론과 세부 검증 비교 차별성 - 플라즈마 이론 및 시뮬레이션에서는 이미 예견되었으나 실제 실험을 통해서 규명되지 못했던 사항을 KSTAR ECEI 진단을 통해 세계 최초로 검증하며, ELM 억제기저연구에 결정적 단초로서 실험적 증거 제시 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - ECEI 진단장치를 MHD, 난류 연구뿐 아니라 플라즈마 수직유동 측정에 이용하여 진단장치의 활용가치를 극대화시켰으며, RMP를 이용한 ELM 억제 메커니즘 이해를 위한 새로운 실마리 제공 경제적 및 사회적 측면 - RMP를 통한 ELM 억제기저의 실체를 규명하고, 이를 토대로 ELM 억제의 성공률을 높일 수 있을 것으로 예상하며, 특히 고성능 핵융합플라즈마에도 3차원 자장을 이용한 ELM 억제를 적용함으로 핵융합로의 안전성과 수명연장에 크게 이바지할 수 있을 것으로 전망 관련근거 <img src="/thumbnails/editorImage/images/000006/20191125090357546_5BTUUIS1.png" title="external_image" alt="3차원 공명자장 (주황)을 이용한 불안정성제어 중에 플라즈마 수직유동 (좌측청색) 및 수직흐름 전단(우측청색).7.2초 부근에서 각각의 값이 급격하게 낮은 값으로 천이함과 동시에 억제가 이루어짐" style="vertical-align: baseline; border: 0px solid rgb(0, 0, 0);"> 3차원 공명자장 (주황)을 이용한 불안정성제어 중에 플라즈마 수직유동 (좌측청색) 및 수직흐름 전단(우측청색).7.2초

ITER 기본운전모드의 성능조건에서 3차원 자장을 이용한 경계면 불안정성억제 성공에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과2 ITER 기본운전모드의 성능조건에서 3차원 자장을 이용한 경계면 불안정성억제 성공 주기여자 인용균, 전영무, 박건영, 이재현, 고원하, 이형호, 김기민, 진종국 박종규(PPPL), 안준욱(ORNL) 주요 연구성과 정성적 성과 - 3차원 자장을 이용해서 핵융합 플라즈마의 최대난제 중 하나인 경계면 불안정성(edge-localized-modes) 억제를 시킨 상태로 고성능 플라즈마(ITER 기본운전모드의 성능수준)를 세계 최장인 ~30여 초를 지속시킴으로, 이후에 핵융합 플라즈마의 정상상태 운전에서도 적용 가능성 실증 - 핵융합 연료의 내벽용기 침투포화시간(~30여 초)을 상회하도록 경계면 불안정성을 억제, 지속시킨 세계 최초의 고성능 플라즈마임 우수성 및 차별성 우수성 - 3차원 자장을 이용한 불안정성 제어를 장시간 운전 가능한 KSTAR에서 사실상 정상상태(nearly stationary)로 달성한 최초의 사례 - ITER 기본운전모드의 성능수준인 betaN ~ 2 에서의 장시간 경계면 불안정성 제어를 구현함으로써 관련 기술의 ITER 적용 가능성 확대 차별성 - 3차원 자장 중에서도 플라즈마 멈춤현상을 야기시킬 위험이 큰 이유로 통상 회피하는 n=1 공명자장을 이용했으며, 모델링을 통한 사전예측 가능 능력 확보 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 경계면 불안정성제어에 n=1 공명자장을 이용해서도 장시간 지속할 수 있음을 보임으로서 현재까지는 핵융합로 내부에 설치되어있는 3차원 자장코일을 용기외부에 적용 가능성을 높임 경제적 및 사회적 측면 - 핵융합로의 정상상태 운전을 위해 필수적인 요소인 불안정성의 제어에 3차원 자장을 이용한 기술력 선점으로 세계핵융합연구에 선도적 위치에 도달 관련근거 3차원 자기장(파랑)을 이용한 불안정성 제어 (하단 검정)를 구현한 세계 최장 핵융합 플라즈마 달성

플라즈마 내부의 전기장 발생 원리 최초 규명에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과입니다. 연구성과3 플라즈마 내부의 전기장 발생 원리 최초 규명 주기여자 이관철 주요 연구성과 정성적 성과 - 플라즈마 물리학의 난제 중 하나인 플라즈마 내부에서 전기장 발생 원리 최초 규명 - 미국프린스턴 대학 플라즈마 물리연구소의 핵융합장치 측정결과와 아크 플라즈마 및 EEJ의 측정값 뿐만아니라 스웨덴 프레자 인공위성의 블랙오로라 측정값과 일치하는 분석 결과유도 우수성 및 차별성 우수성 - 전기장 발생원인과 관계된 현상들은 작게는 30년에서 길게는 100년 이상 동안 플라즈마 물리학의 난제에 대한 원리 규명 차별성 - 플라즈마 물리학의 기본 원리인 준중성(quasi-neutrality) 원리에 대한 재평가를 통해 이루어진 연구로 기존 연구방법과 차별 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 핵융합장치는 고가둠 모드 운전을 기본으로 하고 있으며 경계에서의 전기장이 고가둠 모드 전환기작의 풀이로 해석됨에 다라 해당 연구결과 이용시 핵융합장치의 고성능 제어 실현이 가능 경제적 및 사회적 측면 - 핵융합에너지에 의한 경제가치 창출 측면과 오로라와 같은 자연현상의 이해 증진

연속운전을 위한 비유도전류구동 최적화 기술개발 및 플라즈마 운전시나리오 다각화에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과4 연속운전을 위한 비유도전류구동 최적화 기술개발 및 플라즈마 운전시나리오 다각화 주기여자 윤시우, 전영무, 정진일, 김재현, 한현선, 왕선정 나용수(서울대학교), 박영석(Columbia U.), N. Eidietis(General Atomics) 주요 연구성과 정성적 성과 - 2015년 달성한 100% 비유도성 전류구동 플라즈마 운전에 대한 물리기작 이해를 통해, 연속운전을 위한 비유도 전류구동 최적화(βP≳2.8)와 플라즈마 성능 고도화(βN≳2.8) 동시 달성 - 내부수송장벽(ITB) 운전모드 최초 구현 및 운전조건 확대를 통해 q95~4.0, βN~2.5의 높은 성능과 7keV의 높은 이온온도 달성 - MHD 불안정성에 대해 높은 안정성을 갖는 hybrid 운전모드 구현 성공과 운전조건 최적화를 통해 βN~3.0, 핵융합이득(fusion gain)~0.5의 높은 플라즈마 성능 달성 우수성 및 차별성 우수성 - 핵융합 플라즈마 운전방식을 기존의 통상적인 H모드 운전단계에서 진일보시켜 다양한 물리적 특성에 특화된 운전모드가 가능하도록 확장 - 핵융합발전 실용화를 위한 ITER 및 K-DEMO와 같은 미래 핵융합 장치에 적용가능한 차세대 고성능 핵융합 운전모드 개발을 위한 발판 마련 차별성 - 초전도 장치의 장점을 활용할 수 있는, 장시간 연속운전에 특화된 운전모드 개발에 큰 성과 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 플라즈마 운전모드의 다변화를 통해, 차세대 고성능 핵융합 운전모드 개발을 위한 기틀을 제공하고 이에 대한 본격적인 연구 촉발 - ITER 및 K-DEMO 활용을 위한 고성능 핵융합 플라즈마 운전모드의 본격 연구 시작 관련근거 다변화된 고성능 플라즈마 운전모드의 광범위한 운전영역 및 특화된 운전특성 <!-- 연속운전을 위한 비유도 전류구동 최적화 운전모드(high &beta;P&sim;2.8)의 성능고도화(&beta;N&sim;2.8) -->

미국 핵융합 연구기관 간 초고속 네트워크 구축에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과5 미국 핵융합 연구기관 간 초고속 네트워크 구축 주기여자 박진섭, 이도섭, 홍재식, 윤진, 추용, 박갑래, 오영국, 최민준 장충석(PPPL), KISTEP, ORNL 주요 연구성과 정성적 성과 - 핵융합 초고온 플라즈마의 거동과 상태를 관찰하고 진단한 결과로 발생한 대용량의 실험데이터(KSTAR 장치의 경우 하루에 1TB 이상의 실험데이터가 발생)를 미국의 주요 핵융합 연구기관과 실시간으로 공동연구(실시간 분석 및 플라즈마 제어 기술)가 가능한 초고속 네트워크 인프라 구축 후, 핵융합 핵심 기술의 공동연구개발 기반 확립 - 미국 오크리지국립연구소(ORNL, Oak Ridge National Laboratory), 페르미국립가속기연구소(FNAL, Fermi National Accelerator Laboratory), 프린스턴플라즈마물리연구소(PPPL, Princeton Plasma Physics Laboratory) 등 미국 핵융합 연구기관들과 공동연구에 활용할 수 있는 100Gbps 고속 데이터망 환경을 구축하고, 대용량 실험데이터 전송 기술인인 mdtmFTP, ADIOS 적용하여 Demonstration 진행. 당시 PPPL의 네트워크가 10Gbps임에 따라 최대 7Gbps의 데이터 전송 대역폭 확보 우수성 및 차별성 우수성 - 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 제공하는 국가 간 첨단 연구망인 KREONET(Korea Research Environment Open NETwork)을 이용한 네트워크로, 국내에서는 한국천문연구원과 함께 100Gbps의 고속네트워크를 구축하고 사용한 첫 번째 사례 차별성 - 대용량 데이터 전송 및 분석이 가능한 토대 확보로 거대 과학 프로젝트의 국가 간 원격실험의 가능한 국내 기반 확보 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 기존 국가 간 데이터 전송 속도가 매우 낮은 탓에, 국외 연구자가 KSTAR 실험에 원격으로 참여할 경우 실험 데이터를 전송 받아 분석하고, 결과를 실험에 반영하기 위해서는 일정 시일이 소요되는 어려움이 있었으나, 고속 네트워크의 구축으로 실험 결과의 실시간 분석이 가능해져, 분석 결과를 바로 플라즈마 실험에도 반영하는 것이 가능해질 것으로 예상되어, 핵융합 기술 개발 가속화에 도움이 될 것으로 예상 경제적 및 사회적 측면 - 기타 국제공동연구 및 대용량데이터 공유의 표본이 될 수 있으며, IT 기술과 공조를 통한 과학기술발전에 이바지하는 하나의 예로 자리 잡을 것으로 예상 <!-- 관련근거 한-미 초고속 데이터 전송 네트워크 구축 후 실시간 데이터 분석 중 -->

핵융합 플라즈마 기본 파라메터 정밀도 향상에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과6 핵융합 플라즈마 기본 파라메터 정밀도 향상 주기여자 이종하 주요 연구성과 정성적 성과 - 핵융합장치 플라즈마 기본 파라메터 (Te, ne) 정확도 향상을 위한 톰슨산란진단장치의 디지타이저 성능 비교 및 성능 확인. 톰슨진단장치 QDC 시스템의 에러 원인 규명 - QDC 시스템과 5Giga sampling system 을 비교한 결과 QDC 시스템이 약 10% 높은 에러율을 보임. 이는 작은 톰슨산란신호를 이용해 플라즈마의 가장 중요한 파라메터인 ne, Te 프로파일을 측정하는데 매우 중요한 요소임 우수성 및 차별성 우수성 - 크기가 작고 (10mV~100mV), 펄스형태인 톰슨산란신호를 고속디자타이저로 측정하는데 성공하였고, 이를 기존의 QDC 시스템과 비교분석하여 QDC 시스템에서 나타나는 에러의 원인을 밝힘 차별성 - 기존의 톰슨신호 측정 방법과는 다른 5Giga sampling digitizer를 이용하여 펄스폭 ~50nm 정도인 매우 작은 톰슨산란신호를 명확히 복원하여 측정하고, 이를 fitting 하고 분석함으로써 조금 더 정확한 측정 결과를 가져옴 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 가장 중요한 파라메터인 ne, Te 프로파일을 톰슨산란진단장치로 측정하는데 최첨단의 측정기술로 측정에러를 10%이상 줄일 수 있어, 핵융합장치의 고성능 제어 등 핵융합현상의 이해를 보다 분명히 할 수 있음 경제적 및 사회적 측면 - 핵융합에너지 원리의 명확한 이해로 핵융합에너지에 의한 경제가치 창출 및 사회적 측면이 있음

비선형 난류 gyrokinetic 시뮬레이션 코드 개발에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과7 비선형 난류 gyrokinetic 시뮬레이션 코드 개발 주기여자 기뢰 (Lei Qi) 주요 연구성과 정성적 성과 - 감금 전자의 bounce-averaged 운동 방정식을 이용하여 전자 입자의 동역학 효과를 포함한 비선형 난류 gyrokinetic 시뮬레이션 코드 개발 - 감금 전자 모드 난류의 비선형 시뮬레이션을 통해 타원 형태의 플라즈마에서 미세한 zonal flow 구조 증가 - 이에 따라 zonal flow shear와 난류 억제 효과가 증가하고 열 수송은 크게 감소함을 관찰 우수성 및 차별성 우수성 - Shaped 플라즈마에서의 감금 성능 향상은 실험적으로 잘 알려진 결과이나, 주로 마이크로 모드의 선형 불안정성의 안정화에 의한 것으로 이해 - 본 연구에서 shaped 플라즈마에서의 감금 성능 향상을 세계 최초로 Gyrokinetic 시뮬레이션을 통해 재현하고 비선형 단계에서의 물리 기작을 규명 차별성 - 이온 크기의 난류 현상을 전자 입자의 동역학을 포함하여 시뮬레이션 하는 경우에 전자와 이온의 질량 차이로 인해 세밀한 시간 분해능이 요구되어 막대한 컴퓨팅 자원 필요 - 전자 입자의 동역학을 포함한 효율적 이온 크기의 난류 시뮬레이션 모델 개발과 전자 입자를 고려하지 않은 시뮬레이션의 2-3배의 컴퓨팅 자원을 사용하여 전자 입자의 동역학을 포함한 시뮬레이션 가능 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 효율적 감금 전자 난류 시뮬레이션 모델을 이용한 입자 수송 현상, 유동 반전 현상, 입자 및 열 수송의 분리 현상 등 감금 전자 난류와 관련된 다양한 물리 현상에 대한 연구 방법 제공 - Shaped 플라즈마에서의 감금 성능 향상에 대한 이론적 해석 제공 및 이를 검증하는 실험 연구의 방향 제시 관련근거 원형 단면을 갖는 플라즈마(좌)와 타원 단면을 갖는 플라즈마(우)의 난류의 시뮬레이션 결과 비교 원형 단면을 갖는 플라즈마(상)와 타원 단면을 갖는 플라즈마(하)의 유동 및 층류 구조 비교

핵융합실증로의 플라즈마 이상 거동 시 디버터에 인가되는 전자기장 해석에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과8 핵융합실증로의 플라즈마 이상 거동 시 디버터에 인가되는 전자기장 해석 주기여자 권성진, 임기학 주요 연구성과 정성적 성과 - K-DEMO 플라즈마의 이상 거동에 대한 토카막 내 구조물의 전자장 해석 기반 마련 - MD (Major Disruption)시 발생하는 플라즈마 전류 이상 거동 모델 생성 및 디버터 인가 전자기력 산정 우수성 및 차별성 우수성 - 핵융합 장치에서 운전 시 MD나 VDE (Vertical Displacement Event)와 같은 플라즈마 이상 거동 시 토카막 주요 장치에 인가되는 전자기력에 대해서 정량적으로 평가할 수 있는 기반을 마련하고 향후 다양한 이상 거동 시나리오 해석을 위한 확장성 확보 차별성 - 타 DEMO 장치에서는 플라즈마 시나리오가 확립되지 않은 상황에서 실증로에 대한 전자기력 평가가 이루어지지 않았으나 플라즈마 전류와 같은 중요 인자에 대해서 자체적으로 변화하는 프로그램을 개발하여 적용 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - K-DEMO 토카막에 대한 플라즈마 이상 거동 시 가해지는 전자기력을 평가할 수 있는 토대를 마련하였고, 이는 디버터 또는 블랑켓과 같은 주요 진공용기 내벽 장치들의 설계 시 구조적 건전성을 평가함에 있어 필수적인 설계 인자로 활용될 예정 경제적 및 사회적 측면 - 핵융합 실증로 개발을 위한 연구개발 기반 조성 및 추진에 기술적 근거 제공 - 핵융합 실증로의 개념설계 및 공학설계 단계진입 시 설계개념 타당성 제고 관련근거 <!-- K-DEMO 토카막에 대한 모델링 및 메쉬 생성 완료 MD 시 발생하는 플라즈마 전류 변화 --> MD 시 발생하는 Magnetic Flux 변화

ITER 섹터 부-조립 장비 (Sector Sub-Assembly Tool) 제작, 시험 및 조달완료에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과12 ITER 섹터 부-조립 장비 (Sector Sub-Assembly Tool) 제작, 시험 및 조달완료 주기여자 남경오, 정시군 주요 연구성과 정성적 성과 - SSAT #1 조달완료는 2017년도 IC Milestone으로 ITER Tokamak 주장치 조립착수를 대외적으로 공표 - KODA(Korea Domestic Agency) 첫 번째 공식 조달품목으로 본격적인 조달업무 시작을 알림 - 국내 제작업체는 SSAT 조립과 시험기술을 인정받아 ITER 기구와 SSAT Site 조립 및 하중시험을 위한 수의계약을 체결하는 등 국내 산업체의 제작 및 시험능력 입증 - ITER Tokamak 주장치 조립을 위한 국제입찰에 국내업체가 참여하여 1차 심사 통과 후 Pre-Qualification 절차 진행 중 우수성 및 차별성 우수성 - ITER 기구 담당자 참관 하에 수행된 부분하중(60 톤, 높이 11 m) 시험에서는 고정밀 조립을 위한 정밀도 요구조건 ±1 mm 구현 성공(최대 조립공차 0.8 mm) 차별성 - 섹터 부-조립장비는 진공용기, TF 초전도 자석 및 열차폐체로 구성된 60° Sector라는 ITER Tokamak 주장치의 주요 구성품을 조립하기 위한 대형/고정밀 장비로 각 구성품을 바로 Tokamak 장치에 조립하는 기존의 조립개념이 아닌 부-조립을 통한 새로운 조립절차를 적용하기 위한 전용 조립장비 개발 - 특히, 정밀한 부-조립을 위해 22m, 850 톤 이상의 대형/고정밀 장비를 설계, 제작 및 시험을 통해 기존에 존재하지 않았던 새로운 개념의 조립장비 개발 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - ITER 주장치의 정밀 조립을 위한 조립장비 설계, 제작 및 시험기술 등을 축적하여 대형 핵융합 장치 및 발전로 건설에 필요한 조립관련 기반 기술을 단기간 내 확보할 수 있을 것으로 기대 경제적 및 사회적 측면 - 대형/고중량/고정밀 조립장비 설계 및 제작기술에 대한 국내 산업체의 기술능력을 제고하고 향후 ITER 건설 및 국내 핵융합 발전소 건설 시 국내 산업체의 주도적 참여 기대 - ITER 주장치 조립장비의 성공적인 조달 및 운용을 통해 프로젝트 참여국에 국내 산업체의 기술력을 보여줌으로써 관련 산업 참여 가능성을 제고 관련근거 <!-- 섹터 부-조립장비 형상 --> 섹터 부-조립장비 출하 기념식 섹터 부-조립장비의 IO 현지 조립현장

ITER 진공용기 섹터6 첫 번째 세그먼트 제작완료에 대한 주기여자, 주요 연구성과, 우수성 및 차별성, 기대효과 및 파급효과, 관련근거입니다. 연구성과13 ITER 진공용기 섹터6 첫 번째 세그먼트 제작완료 주기여자 정우호, 김현수, 김광호, 박철규, 홍권희, 김유경, 문호규, 주영명, 박윤래, 천현필, 주정권 주요 연구성과 정성적 성과 - ITER에 조달되는 우리나라 진공용기 섹터 6의 첫 번째 세그먼트 최초 제작 완료 - ITER 사업의 중요 지표중 하나인 ITER Council Milestone에 대해 목표 일정 내 달성 완료 우수성 및 차별성 우수성 - 스테인레스 후판의 이중쉘 구조를 갖는 정밀 원자력 압력용기 구조물의 제작 성공 차별성 - ITER 진공용기 제작국 중 최초로 첫 번째 세그먼트 제작 완료 기대효과 및 파급효과 기술적 측면 - 후판 스테인레스 정밀 용접기술 및 검사기술 확보 고정밀 원자로 압력용기 제작기술 확보 경제적 및 사회적 측면 - 미래 핵융합 상용로 건설을 위한 필수 제작기술 확보 관련근거 한국에서 가장 먼저 완성된 ITER 진공용기 세그먼트 ITER 진공용기와 내부단면도 및 최초로 완성된 폴로이달 세그먼트(녹색 부분)