인공태양 핵심 난제 ‘인공지능’으로 푼다

韓-美 연구팀 불안정성 회피 기술 개발
핵융합로 내부 센서 이용 불안정성 예측
높은 압력서 안정적 유지하는 방법 학습

인공지능을 통한 인공태양 불안정성 회피 제어 개요. 한국연구재단 제공

[충청투데이 박현석 기자] 이른바 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 기술의 핵심 난제인 플라즈마 붕괴 현상을 인공지능(AI)으로 제어하는 기술이 개발됐다.

22일 한국연구재단에 따르면 중앙대 서재민 교수와 미국 프린스턴대 에그먼 콜먼 교수 공동연구팀이 AI 기술을 활용해 핵융합 플라즈마의 불안정성을 피할 수 있는 기술을 개발했다.

인공태양은 인공적으로 핵융합 반응을 구현해 에너지를 얻는 기술이며, 강한 자기장을 이용해 수소 플라즈마를 핵융합로에 가둬 고온과 고압 환경에서 지속적인 핵융합 반응 과정에서 에너지를 생산한다.

미래 친환경 에너지 기술로 주목을 받고 있지만, 고온과 고압의 플라즈마에서 발생하는 자기장의 찢어짐 불안정성으로 플라즈마 붕괴가 발생한다.

핵융합 에너지 생산의 관건은 플라즈마 유지시간을 늘리는 것인데, 플라즈마 붕괴가 발생하면 인공태양이 꺼지는 현상이 생긴다.

이 현상은 국제핵융합로 ITER와 같은 미래 인공 태양 운영의 핵심 난제로 꼽히고 있다.

ITER는 핵융합 에너지 상용화 가능성을 실증하기 위한 거대 인공 태양으로, 우리나라를 비롯한 세계 35개국이 참여하는 인류 역사상 최대 규모의 국제 공동 과학 프로젝트다.

연구팀은 핵융합로 내부 센서들을 이용해 플라즈마 상태를 모니터링하고, 플라즈마 불안정성을 예측하는 시스템을 개발했다.

이 예측 시스템에 강화학습 인공지능을 도입해 다양한 플라즈마 상태에서 높은 압력의 플라즈마를 붕괴시키지 않고 안정적으로 유지하는 방법을 학습시켰다.

이 기술을 미국 최대 핵융합 장치인 ‘DⅢ-D’에 적용한 결과, 인공지능을 가진 인공태양이 스스로 찢어짐 불안정성을 피해 가며 높은 성능의 플라즈마를 유지하는 것을 실험적으로 입증했다.

찢어짐 불안정성과 붕괴가 쉽게 발생하는 ITER 기준조건에서도 인공지능이 플라즈마를 안정적으로 유지했다. 기존 제어 방식으론 달성하지 못했던 성과다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처’에 이날 게재됐다.

박현석 기자 [e-mail]