스텔라레이터 (Stellarator)
한 줄 정의: 비틀린 외부 코일만으로 플라즈마를 가두는 자기가둠 핵융합 장치입니다.
쉽게 풀면
토카막은 플라즈마 자체에 큰 전류를 흘려 가둠에 필요한 자기장 비틀림을 만듭니다. 스텔라레이터는 그 비틀림을 코일의 복잡한 모양만으로 만들어 냅니다. 플라즈마에 전류를 흘릴 필요가 없으니 전류를 유지하기 위한 장치도, 전류가 끊기며 생기는 급작스러운 사고도 걱정하지 않아도 됩니다. 대신 코일 모양이 매우 복잡해 제작이 까다롭습니다.
왜 중요한가
토카막의 고질적인 문제인 플라즈마 붕괴와 연속운전 한계를 원리적으로 피할 수 있어, 자기가둠 핵융합의 유력한 대안으로 연구됩니다. 최근 대형 장치가 가동되며 가둠 성능이 상당히 개선된 결과가 보고되었습니다. 최적화 설계와 정밀 제작 기술의 발전이 이 분야를 되살린 배경으로 꼽힙니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"최적화 설계를 적용한 스텔라레이터에서 신고전 수송에 의한 에너지 손실이 크게 감소함이 확인되었다."
조금 더 깊게 보면
축대칭이 아니기 때문에 입자 궤도가 토카막보다 복잡해지고, 자기장이 약한 영역에 갇힌 입자가 바깥으로 빠져나가는 신고전 수송 손실이 커지기 쉽습니다. 이를 줄이기 위해 자기장 세기의 분포가 특정 대칭성을 갖도록 코일 형상을 수치최적화하는 기법이 개발되었고, 이것이 현대 스텔라레이터 설계의 핵심입니다. 플라즈마 전류가 없어 정상상태 운전에 유리하지만, 삼차원 형상 탓에 다이버터 설계와 유지보수 접근성이 어려운 과제로 남습니다.
주의할 점
토카막과 스텔라레이터는 모두 자기장으로 플라즈마를 가두지만, 비틀림을 플라즈마 전류로 만드느냐 코일 형상으로 만드느냐가 결정적 차이입니다. 이 차이에서 운전 방식과 사고 특성이 갈립니다.