1억도를 잴 수 있는 온도계가 있을까? (feat. 인공태양 KSTAR)
KSTAR는 태양 중심보다 뜨거운 초고온 상태를 유지하며 미래 에너지원을 연구하는 핵융합 장치입니다. 이곳의 내부 온도를 측정하는 과정은 일반적인 환경과는 차원이 다른 정밀함을 요구하는데, 핵심은 중성 입자 가열 장치를 통해 입사된 중수소가 내부의 탄소와 반응하며 내뿜는 특정한 빛에 있습니다. 연구진은 전하 교환 분광 기술을 도입하여 이 미세한 빛을 포착하고, CCD에 기록된 데이터를 정교하게 분석함으로써 1억 도에 달하는 극한의 온도를 수치화하는 데 성공했습니다. 분광기는 수집된 빛을 마치 무지개처럼 여러 가지 파장으로 나누어 주는 프리즘과 같은 역할을 수행합니다. 분광기를 통과하며 파장별로 분리된 빛의 형태는 플라즈마의 온도를 결정짓는 결정적인 단서가 됩니다. 온도가 낮을 때는 특정 파장에서 좁고 날카로운 피크가 나타나지만, 온도가 높아질수록 입자들의 활동 범위가 넓어지면서 파장의 폭이 점차 확장되는 현상이 발생합니다. 이렇게 넓어진 파장의 폭을 정밀하게 계산함으로써 플라즈마 내부 이온의 실제 온도를 정확하게 파악할 수 있습니다. 빛의 파장은 온도뿐만 아니라 이온의 회전 속도까지도 우리에게 알려줍니다. 원래 있어야 할 파장의 위치가 특정 방향으로 이동했다는 것은 토카막 내부에서 이온이 매우 빠른 속도로 회전하고 있음을 의미합니다. 이러한 정밀한 데이터를 얻기 위해 렌즈 시스템으로 모은 빛은 40m에 달하는 긴 광섬유를 따라 진단실로 안전하게 전달됩니다. 측정 장치가 토카막 장치와 멀리 떨어져 있음에도 불구하고, 고성능 분광 시스템은 플라즈마 중심부의 변화를 실시간으로 기록하며 인공 태양 실현을 뒷받침하고 있습니다.
