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고속점화 핵융합의 통합 시뮬레이션 : 상대론적 레이저, 플라스마 상호작용

전문가 제언: ○ 고에너지 하전입자의 흐름인 태양풍을 일으키는 태양은 그 자신이 완전히 전리된 플라스마(plasma)이다. 태양의 중심부에서는 4개의 H원자로부터 He을 생성하는 핵융합 반응에 의해 에너지가 생성되고 있다. 지구상에서 핵융합 반응에 의해 에너지를 생성하려고 하는 시도에 있어서도 대단히 높은 온도의 플라스마를 밀폐할 필요가 있으며, 플라스마의 성질을 조사하기 위한 실험적 혹은 이론적 연구가 선진 각국에서 추진되고 있다.

○ 최근에 와서 고속점화 방식에 의한 핵융합이 가능하게 된 배경에는 처프 펄스 증폭(CPA, Chirped Pulse Amplification) 기술의 발명에 의해 도출된 초고강도ㆍ초단 펄스 레이저의 출현이 있다. 초단 펄스 레이저에 고에너지를 밀어 넣는 것은 기존에는 불가능하다고 말해 왔으나 CPA 기술에 의해 가능하게 되었다. 고속점화 방식에 의한 핵융합의 장점은 기존의 중심점 점화방식과 비교하여 보다 더 작은 레이저 장치로써 보다 더 큰 이득을 기대할 수 있기 때문이다.

○ 레이저 폭축(implosion) 플라스마의 컴퓨터 시뮬레이션 고도화에 의해 보다 더 정도가 높은 고이득 표적의 설계가 가능하게 되어가고 있다. 고이득 등가 플라스마 실험 결과를 체계화하고 고이득 폭축을 수치계산에 의해 실증하는 것은 앞으로의 중심 연구과제이다. 직접 조사방식에서의 고속점화법에 의한 고이득 실험의 달성에는 상대론적 레이저․플라스마 상호작용의 수치계산 모델을 고정도화한 통합 폭축 시뮬레이션 코드의 개발이 필수불가결하다.

○ 고속점화 방식에 의한 핵융합에서 이용되는 콘 표적(cone target)은 가열 레이저를 유도함과 동시에 고에너지 하전입자의 발생원으로써 이용되며, 초고상도 레이저의 조사에 의해 콘 형상 표적은 평판 표적에 비해 효율적으로 고에너지 하전입자를 발생시킬 수가 있다. 앞으로는 레이저ㆍ콘 표적 상호작용에 있어서 지배적인 3가지 전자가속 가열과정을 통해 발생하는 고에너지 전자의 에너지 스펙트럼에 대해 더욱 상세한 논의가 있게 되기를 기대한다.

저자: NAKAMURA Tatsufumi, SAKAGAMI Hitoshi, MIMA Kunioki
자료유형: 학술정보