초록 ▼

연구의 목적 및 내용
향후 핵융합로에서는 알파 입자에 의한 가열이 주가 되므로 이에 적합한 고성능 운전 시나리오를 확보하기 위한 연구가 필요하다. 이를 위해 서울대에서 운전 중인 VEST 장치에 대전력 중성입자빔을 이용한 중심 가열 방식으로 연소플라즈마의 알파 가열 환경을 모사하는 실험을 수행하고자 한다. 이를 바탕으로 높은 자발 전류와 베타 값을 갖는 고성능 운전 모드를 안정적으로 구현 할 수 있는 방법을 개발하고자 한다. 1단계 연구 기간 동안에는 2단계 고성능 운전모드 실험을 위한 고밀도 대상 플라즈마 형성 및 고성능 진

연구의 목적 및 내용
향후 핵융합로에서는 알파 입자에 의한 가열이 주가 되므로 이에 적합한 고성능 운전 시나리오를 확보하기 위한 연구가 필요하다. 이를 위해 서울대에서 운전 중인 VEST 장치에 대전력 중성입자빔을 이용한 중심 가열 방식으로 연소플라즈마의 알파 가열 환경을 모사하는 실험을 수행하고자 한다. 이를 바탕으로 높은 자발 전류와 베타 값을 갖는 고성능 운전 모드를 안정적으로 구현 할 수 있는 방법을 개발하고자 한다. 1단계 연구 기간 동안에는 2단계 고성능 운전모드 실험을 위한 고밀도 대상 플라즈마 형성 및 고성능 진단계 개발이 진행되었다.

연구 개발 성과
1. 고성능 운전 모드 실험을 위한 대상 플라즈마 형성
1) Highly elongated 고밀도 플라즈마 운전
- 운전 시나리오 및 제어 기술 확보
- 목표 플라즈마(elongation > 2, 100kA, 10ms / 80kA, 20ms) 형성

2) 저항 가열을 이용한 전류 밀도 분포 측정 및 제어
- 전류 밀도 분포 측정을 위한 자장 탐침 개발
- 저항 가열에 의한 플라즈마 전류 상승률에 따른 전류 밀도 분포 제어

2. 고성능 진단계 개발
1) 다채널 간섭계 및 광진단 장치 개발

2) 높은 시간 분해능의 전하교환분광장치(Charge Exchange Spectroscopy) 개발
- DNBI 시스템 및 광학계 제작을 통한 신개념 전하교환분광장치 개발
- 단일 채널 이온 온도 및 회전 속도 측정

3) 고속 톰슨 산란 진단계 개발
- Burst-mode 고출력 Nd-YAG 레이저를 이용한 고속 톰슨 산란 진단계 제작
- 단일 채널 전자 온도 및 밀도 측정

연구 개발 성과의 활용 계획(기대 효과)
- 고성능 운전 모드 연구 결과를 KSTAR에 적용하고, 더 나아가 이를 향후 K-DEMO를 포함한 핵융합로의 설계에 활용

- 빠른 시간 분해능을 가지는 고속 톰슨 산란 및 전하교환분광 진단장치를 다양한 핵융합 연구 분야에 활용

- ST 기반의 고성능 소형 핵융합로 가능성 확인

- 고성능 핵융합로 운전 고급 인력 양성

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
To realize advanced operation scenarios in fusion reactors, alpha-dominant burning plasmas will be resembled in VEST (Versatile Experiment Spherical Torus) by forming highly peaked pressure profile and resultant hollow current density profile with high power pulsed neutral beam

Purpose & Contents
To realize advanced operation scenarios in fusion reactors, alpha-dominant burning plasmas will be resembled in VEST (Versatile Experiment Spherical Torus) by forming highly peaked pressure profile and resultant hollow current density profile with high power pulsed neutral beam injector. High performance advanced tokamak regime with high beta and bootstrap current fraction will be developed by applying various heating and current drive techniques with the developed profile diagnostics. For the advanced operation mode experiment, high density plasma discharge and development of high performance diagnostic devices are researched.

Results
1. Target plasma production for advanced operation mode experiment
1) Highly elongated high density plasma operation
- Development of operation scenario and plasma control technology
- target plasma (elongation > 2, 100kA, 10ms / 80kA, 20ms) discharge in VEST

2) Plasma current density profile measurement and control by ohmic heating
- Development of internal magnetic probe for current density measurement
- Control of current density profile by plasma current ramp-up rate

2. Development of high performance diagnostic device
1) Development of mult-channel interferometer and optical diagnostic system

2) Development of high time-resolution CES(Charge Exchange Spectroscopy)
- Fabrication and installation of advanced CES through the development of diagnostic NBI system and optical diagnostic system
- Measurement of ion temperature and rotation speed at 1 point

3) Development of fast Thomson scattering diagnostic device
- Fabrication and installation of fast Thomson scattering device using the burst-mode, high power Nd-YAG laser
- Measurement of electron temperature and density at 1 point

Expected Contribution
-Applying the results of high performance operation mode in VEST to the KSTAR device, and then to the K-DEMO and fusion reactor design

-Utilizing the high time-resolution diagnostic devices(CES, Thomson scattering) for the various fusion plamsa research field

-Feasibility study on the compact fusion reactor based on the ST

-Training the high-quality human resources for the fusion reactor operation

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 8
• 제1장. 연구 개발 과제의 개요 ... 10
• 제1절. 연구 개발 목적 ... 10
• 제2절. 연구 개발의 필요성 ... 10
• 제3절. 연구 개발 범위 ... 11
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 12
• 제3장. 연구 수행 내용 및 결과 ... 14
• 제1절. 고성능 운전 모드 실험을 위한 대상 플라즈마 형성 ... 14
• 1. Highly Elongated 고밀도 플라즈마 운전 ... 14
• 2. 저항 가열을 이용한 전류 밀도 분포 측정 및 제어 ... 47
• 제2절. 고성능 진단계 개발 ... 52
• 1. 다채널 간섭계 및 광진단 장치 개발 ... 52
• 2. 높은 시간 분해능의 CES 개발 ... 63
• 3. 고속 톰슨 산란 진단계 개발 ... 77
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 89
• 제1절. 목표 달성도 ... 89
• 제2절. 관련 분야 기여도 ... 90
• 제5장. 연구 결과의 활용 계획 ... 91
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 92
• 제7장. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 93
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 94
• 제9장. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 95
• 제10장. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 96
• 제11장. 기타 사항 ... 97
• 제12장. 참고 문헌 ... 98
• 끝페이지 ... 99