MIT 연구팀, 플라즈마 안정성 예측 모델 개발로 핵융합 발전소 신뢰성 제고 기대

미국 MIT 연구진이 핵융합 발전소의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있는 새로운 예측 모델을 개발했다. 토카막은 태양과 같은 핵융합 반응을 실현하기 위해 초고온 플라즈마를 자기장으로 가두는 장치로, 플라즈마를 안전하게 꺼내는 ‘램프다운’ 과정에서 불안정이 발생할 경우 기계 내부에 손상을 줄 수 있다. 기존에는 이 과정에서 플라즈마가 불안정해져 손상이 생기는 경우가 많았다. 이에 연구팀은 머신러닝과 물리 기반 플라즈마 동역학 모델을 결합해, 플라즈마의 램프다운 과정에서 발생할 수 있는 불안정성을 정밀하게 예측하는 모델을 개발했다. 이 모델은 스위스의 TCV 토카막에서 수집한 수백 건의 플라즈마 데이터를 활용해 훈련했으며, 적은 양의 데이터로도 높은 정확도를 달성했다. 특히, 플라즈마의 초기 조건만으로 램프다운 중의 동작을 예측할 수 있어 실시간 제어에 유리하다. 연구팀은 예측 결과를 실제 토카막 제어 시스템이 실행할 수 있는 ‘경로’로 변환하는 알고리즘도 개발해, TCV 실험에서 기존 방식보다 더 빠르고 안정적인 램프다운을 구현했다. 이는 플라즈마가 고에너지 상태에서 갑작스럽게 소멸하는 ‘방해 현상’을 피하고, 안전하게 에너지를 제거하는 데 성공한 것이다. 이 모델은 MIT 스타트업인 커먼웰스퓨전시스템(CFS)이 개발 중인 SPARC 토카막에도 적용될 예정으로, 향후 실용적인 핵융합 발전소의 안정 운영을 위한 핵심 기술로 기대된다. 연구팀은 “융합 에너지가 실용화되기 위해서는 신뢰성과 안정성이 필수적”이라며, 이번 성과가 장기적인 핵융합 상용화 여정의 첫걸음이라고 강조했다.