서울--(뉴스와이어)--서울대학교 공과대학은 에너지시스템공학부 원자핵공학과 곽진우 박사과정생(지도교수 나용수)이 최근 중국 청두에서 열린 ‘제30회 국제원자력기구 핵융합에너지학회(FEC2025, 30th IAEA Fusion Energy Conference)’에서 ‘신진 연구자 우수 포스터 상(Early Career Poster Award)’을 수상했다고 밝혔다.

국제원자력기구(IAEA)가 주관하는 핵융합에너지학회는 2년마다 열리는 세계 최고 권위의 핵융합 분야 국제 학술대회로, 오랜 역사와 높은 학문적 명성을 자랑한다. 각국의 엄정한 예비 심사를 거친 뒤 국제선정위원회의 평가를 통과해 최종 선정된 연구자는 학회에서 자국을 대표해 발표한다.

전 세계 50여 개국의 최신 연구 약 650편이 발표된 올해 학회에서는 포스터 논문 500여 편의 발표자 중 곽진우 박사과정생을 포함한 단 3명만이 ‘신진 연구자 우수 포스터상’의 영예를 안았다. 이번 수상은 서울대학교의 핵융합 연구 역량이 세계적 수준에 도달했음을 보여주는 성과로 평가된다.

최근 미국, 유럽, 중국 등 각국은 차세대 청정에너지원으로 주목받는 핵융합 에너지의 상용화를 위한 신형 핵융합로 설계에 박차를 가하고 있다. 그러나 이러한 미래형 대형 토카막 장치는 첫 플라즈마 ‘시동’을 안정적으로 구현하는 과정에서 큰 공학적 난제를 안고 있다. 기존의 유도전류 방식으로는 한계가 명확해 마이크로파(Electron Cyclotron, EC)를 이용한 방전 기술이 유망한 대안으로 제시돼 왔다. 그러나 그 작동 원리를 설명할 수 있는 물리적 이론이나 전산모사 모델이 존재하지 않아 실제 장치 설계 시 체계적인 적용이 어려운 상황이었다.

곽진우 박사과정생은 이번 학회에서 발표한 ‘A simulation study of plasma breakdown in the tokamak electron cyclotron pre-ionization phase’ 제하의 논문을 통해 이 난제를 해결할 세계 최초의 이론 및 모델링 프레임워크를 제시했다. 제1원리 입자 시뮬레이션 코드에 비선형 마이크로파 가열 모델을 성공적으로 통합해 토카막에서의 마이크로파 방전 과정을 물리적으로 정밀하게 해석·예측하는 데 성공했다. 또한 복잡한 시뮬레이션 결과를 설명할 수 있는 단순화된 이론 모델을 새롭게 제안하고 두 접근법을 상호 검증함으로써 높은 신뢰도를 확보했다.

이번 연구 결과는 핵융합로 설계의 불확실성 요인으로 남아 있던 ‘시동 시나리오’ 문제를 해결할 결정적 돌파구로 평가받는다. 따라서 곽진우 박사과정생이 제시한 프레임워크는 향후 미래 핵융합로 설계 시 막대한 실험 비용을 절감하고 다양한 운전 시나리오를 사전에 최적화할 수 있는 핵심 설계 도구로 활용될 전망이다.

곽진우 박사과정생은 “핵융합 분야 최고 권위의 학회에서 오랜 난제를 다룬 연구가 인정받게 돼 매우 영광”이라며 “마이크로파 방전 기술은 이론적 기반이 부족해 체계적 평가가 어려웠다. 그러나 이번 연구를 통해 최초의 물리 기반 모델을 제시함으로써 미래 장치의 ‘최소 시동 전력’ 등을 예측할 수 있는 기반을 마련했다는 점이 높은 평가를 받은 것 같다”고 수상 소감을 전했다.

이어 “이번 연구를 더욱 발전시켜 ITER(국제핵융합실험로)나 DEMO(핵융합실증로) 같은 차세대 핵융합로 설계에 실질적으로 기여하도록 노력하겠다”고 포부를 밝혔다.

서울대학교 에너지시스템공학부에서 석박사통합과정을 밟고 있는 곽진우 연구원은 마이크로파 토카막 방전 과정의 공간 전하 효과와 그로 인한 수송 현상에 대한 확장 연구를 지속할 계획이다. 아울러 기존에는 설명할 수 없던 물리 현상을 조명해 차세대 핵융합로 설계 및 시나리오 최적화의 불확실성을 줄이는 연구에 매진할 예정이다. 졸업 후에는 국내외 유수 연구기관에 진출해 해당 분야의 발전에 기여한다는 계획이다.