KAIST 교수, 미국 에너지省 초대형 과제 총괄 지휘

뉴스 제공

2005-09-14 10:33

대전--(뉴스와이어)--KAIST 물리학과 장충석 교수(張忠錫, 53)가 미국 에너지省(Department of Energy)의 초대형 핵융합 이론과제 총괄 책임자로 추대되었다.

이 프로젝트는 미국 핵융합 플라즈마 물리학 이론분야 사상 최대 규모인 6백만 달러(3년간)의 연구비와 MIT, 칼텍, 프린스톤 대학, 오크리지 국립연구소, 버클리 국립연구소 등 미국 내 14개 주요 대학 및 연구 기관이 참여해 세계적인 관심을 집중시키고 있다.

張교수는 플라즈마 물리, 응용수학, 전산과학 분야의 세계적인 선도 과학자 20명으로 팀을 구성하여 기득권을 가진 리버모아 국립연구소 중심의 팀 등과 치열한 경합 끝에 최종 선정되었다.

자기핵융합 플라즈마 에너지는 바닷물에서 추출한 중수소를 자장으로 가둔 상태에서 수억도의 플라즈마 상태로 가열시켜서 얻는 핵융합 에너지로 기존 원자력발전소의 핵폐기물 발생, 핵무기 전환 등의 문제가 발생하지 않는다.

태양 에너지 생성 원리로 만들어지는 플라즈마 에너지는 대기 오염이 발생하지 않는 청정에너지로 이 프로젝트가 성공하면 인류는 당면한 에너지 문제를 해결하고 앞으로 최소 수 백 만년 동안 사용할 수 있는 에너지원을 얻을 수 있다.

張교수는 ‘한국의 우수한 젊은 과학자들을 이 프로젝트에 직접 참여시켜 세계적 인재로 키우겠다’며‘국제 대형 과제의 지휘 경험을 바탕으로 국내 전산과학 분야가 세계적인 경쟁력을 갖추어 국가 산업 기술 발전에 원동력이 될 수 있도록 전력을 다하겠다’고 포부를 밝혔다.

한편, 플라즈마 물리학 분야의 세계적 권위자인 張교수의 이온 수송이론은 미국의 주요 플라즈마 핵융합분야의 참고서들에 수록되었고, 대부분의 자기 핵융합 실험 팀들이 이 이론을 기준으로 삼고 있다.

【보충 설명 자료】

핵융합 플라즈마 에너지는 환상적인 청정에너지이지만 이를 성공시키는 기술의 난해함으로 인하여 전세계의 과학자들이 협력하여 연구를 수행하고 있다. 미국 에너지성에서는 작년에 미래 대형기술의 최우선 연구 과제로 플라즈마 핵융합로를 선정하였고 한국에서도 지난 8월에 같은 선정을 하였다.

현재 선진국들은 ITER이라는 초대형의 국제 핵융합 플라즈마 발전 실험 장치의 설계를 끝내고 공동으로 프랑스에 건설하기로 합의했고 가까운 장래에 착공할 예정이다.

우리나라도 유럽, 미국, 러시아, 일본, 중국과 함께 여섯 개 선진 파트너 중의 일원으로 ITER 계획에 참여하고 있으며, 대전의 대덕연구단지에 있는 기초과학지원연구원에서는 KSTAR 토카막이라는 세계적으로 가장 진보된 연구용 자기 핵융합 플라즈마 실험장치를 건설 중에 있다.

KSTAR 토카막이 완성되면 당분간은 한국이 세계 핵융합 플라즈마 실험의 중심지가 되어 많은 외국 핵융합학자들이 공동으로 연구에 참여할 전망이다.

플라즈마 핵융합계획에서 가장 중요한 문제가 플라즈마를 강한 자장으로 감금하는 것인데, 수억 도의 플라즈마 가스는 복잡한 비선형 소용돌이 현상으로 가열시켜주는 에너지를 스스로 밖으로 방출시켜 버리는 반작용을 일으켜 수 십 년 동안 물리학자들을 당혹스럽게 하였고 핵융합 발전의 미래를 불확실하게 만들어 온 주 원인이 되었다.

그러나 매우 신비한 현상이 플라즈마 외부에서 일어나고 있는 것을 실험 과학자들이 발견했는데, 적절한 조건에서는 플라즈마 가스가 스스로 언저리의 소용돌이를 억제하여 감금효과를 크게 향상시키는 것이다.

이것은 플라즈마 핵융합 발전을 성공으로 이끌 수 있는 획기적인 현상으로 알려져 있다. 이를 이해하고 그에 의한 플라즈마의 감금 정도를 인위적으로 조절하는 기술을 소유하기 위해 이론 물리학자들은 지난 십수년 동안 끊임없이 수학 방정식을 풀고자 노력을 해 왔으나 큰 진전을 보지 못했다.

에너지 수요 공급의 불균형과 석탄-석유 에너지에 의한 지구의 온난화 현상, 그리고 해결이 거의 불가능한 핵발전소의 핵폐기물 문제로 다급해진 미국 에너지성은 2004년에 급히 세계적인 플라즈마 언저리 물리학 전문가로 구성된 자문기관 ECC 위원회(Edge Coordinating Committee)를 발족하였고, 장충석 교수도 위원으로 초청되어 핵심적인 부분을 담당하게 되었다.

이 위원회에서 ‘이 현상은 해석학적인 방법으로는 풀 수가 없는 높은 난이도의 비선형 복합 현상’이라는 결론을 내리고 대형의 초현대적인 전산 시늉만이 이를 해결할 수 있는 방법이라는 것에 의견을 모았다.

이를 바탕으로 미국 에너지성은 언저리 대형 복합 전산물리 과제를 기존의 싸이댁 (SciDAC) 프로젝트에 추가 시키는 한편 그 중요성을 감안해서 연간 일백만 달러의 연구비를 지급하는 기존의 과제들과는 달리 연간 이백만 달러를 지원하는 결정을 내리게 되었다. 장충석교수 팀의 연구는 꿈의 에너지의 실현을 좌우하게 될 중요한 역할을 담당하고 있다.

미국 에너지성의 싸이댁 (SciDAC) 계획이란 "고도의 전산기술을 사용한 과학의 새로운 발견"이란 뜻으로, 더 이상 큰 진전을 보지 못하고 있는 현대 과학이론의 병목현상을 해결하고자 하는 데 목적을 두고 있다.

핵융합 플라즈마 분야와 마찬가지로 거의 모든 이론 과학은 시공간적인 비선형 복합 스케일 문제에 장래를 걸고 있는 것이 세계적인 추세다. 현재 미국, 유럽, 일본이 슈퍼 컴퓨터의 개발 경쟁을 벌이고 있는 것도 여기에서 파급되는 산업적, 경제적, 군사적 우위를 점유하는데 그 목적이 있다.

최근에는 중국도 무서운 추세로 합세하여 세계 5위의 슈퍼컴퓨터 강국으로 변모했다. 미국의 싸이댁 프로그램과 유사한 프로그램을 유럽과 일본에서도 이미 시작해서 전산과학의 경쟁 시대가 열리고 있다. 장충석 교수는 이러한 핵심 전략기술에서 한국이 뒤지는 것에 대해 우려를 표시했다.

미국의 싸이댁 프로젝트는 현재 고에너지 및 핵물리, 생물 및 환경과학 (기후 과학 포함), 화학에 중점을 둔 기반 에너지과학, 핵융합 플라즈마 과학, 전산망 과학, 소프트웨어 접목 과학 등의 분야에서 각 수개씩을 지원하고 있고, 연구의 복합성을 고려해서 각 프로젝트는 중점과학 분야만이 아니라 반드시 응용수학, 전산학과 공동으로 연구 프로젝트를 수행해야 하는 조건을 달고 있다.

이 프로젝트에는 미국 최고의 슈퍼컴퓨터 사용시간이 년간 최소한 수백만 시간이 주어지게 된다. 미국과 공동연구를 해오고 있는 플라즈마 언저리 전산물리분야에 베테랑으로 미국에 알려진 장충석 교수는 개인적으로도 일년에 거의 일백만 시간(실시간 곱하기 병렬 CPU 숫자)에 가까운 수퍼컴퓨터 사용시간을 할애 받는 특권을 미국 정부로부터 지원 받고 있다.

웹사이트: http://www.kaist.ac.kr