토카막 장치가 수억 도의 초고온 플라즈마를 가두는 원리가 어떻게 되나요?

Question

차세대 에너지원으로 주목받는 인공태양에 대한 연구가 활발이 진행되고 있는데요. 토카막 장치가 수억 도의 초고온 플라즈마를 가두는 원리가 어떻게 되나요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

토카막은 수억 도에 달하는 초고온 플라즈마를 용기 벽면에 직접 대지 않고, 강력한 자기장을 이용해 공중에 띄워 가두는 방식을 사용합니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

초고온 상태의 플라즈마는 원자핵과 전자가 분리된 전하 입자 상태로 전하를 띤 입자는 자기장을 만나면 자기력선 방향을 따라서만 움직이는 성질이 있어, 토카막 용기 둘레에 초전도 자석을 설치하여 도넛 내부를 가로지르는 수평 방향의 강한 자기장을 만들면, 이 자기력선을 따라 플라즈마 입자들이 밖으로 튕겨 나가지 않고 도넛 모양의 궤도를 그리며 계속 순환하게 됩니다.

단순한 원형 자기장만 이용하면 입자들이 바깥쪽으로 쏠려 벽에 충돌하게 되므로 이를 막기 위해 플라즈마 내부 자체에 유도 전류를 흘려 수직 방향의 자기장을 추가로 형성하게 하면, 이 두 자기장이 합쳐져 나선형 자기력선이 완성되어 플라즈마를 중심부에 완벽히 가둡니다. 결국 토카막은 도넛 모양의 3차원 공간 속에 초고온의 플라즈마가 벽에 닿아 식거나 용기를 녹이지 못하도록 완벽히 유폐시키는 원리로 작동합니다.