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Last update on 01.02, 2019

 

기체방전물리연구실

(Gas Discharge Physics Laboratory)

 

 

고체, 액체, 기체에 이어 물질의 4번째 상태인 플라즈마는 전기적으로 중성인 원자나 분자가 전자와 이온으로 분리된 상태로서, 다양한 전자기적 특성을 지닌다. 연구실에서는 이를 이용하여 완전전리 고온 핵융합 플라즈마, 약전리 저온 대기압 플라즈마 홀추력기 플라즈마 다양한 플라즈마 분야를 연구하고 있다.

 

 

1. 핵융합 플라즈마 (Nuclear Fusion plasma)

 수소 핵융합 플라즈마의 경우, 자기장을 이용하여 플라즈마를 가두는 토카막 플라즈마 내에서 불순물 입자의 수송과 관련한 물리 현상을 중심으로 연구하고 있다. 또한 고온 핵융합 플라즈마에서 방출되는 X선이나 극자외선 등을 이용한 여러 첨단 이미징 진단계 개발연구도 프랑스의 CEA 연구소, 이태리의 ENEA 연구소, 일본의 NIFS 등과 공동연구로 진행하고 있다. 최근 연구 주제 및 방향은 아래와 같다. 

 

 1. 토카막 플라즈마에 불순물(크립톤개스 주입을 통한 내부수송장벽 형성 및 ELM 완화/억제 연구

Study of ITB formation and ELM mitigation/suppression through impurity (Kr) gas injection in tokamak plasma

 

2. 디버터-플라즈마 분리 실험 및 메커니즘 규명 

Divertor-plasma detachment experiments and identification of its mechanism

 

3. 고전하 불순물 수송 분석을 위한 해석코드 자체 개발

Development of analytical code for high-Z impurity transport plasma

 

 

 

2. 저온 (대기압) 플라즈마 (Low-temperature atmospheric plasma)

 약전리 저온 플라즈마의 경우, 대기압 플라즈마 발생원 개발, 첨단 진단에 기반한 플라즈마 특성 조사와 플라즈마 물리 및 화학 반응, 플라즈마 내에서 발현하는 전기바람(electric wind)이나 방전모드 전이 등과 같은 여러 물리 현상에 대한 기초연구, 그리고 플라즈마 특성에 맞는 응용분야(바이오, 식품 등 플라즈마 파밍) 적용 타당성 조사 등 다양한 연구를 진행하고 있다.

 

1. 대기압 플라즈마 발생기 개발

Development of atmospheric pressure plasma source

 

2. 플라즈마 진단을 통한 플라즈마 특성 확인 및 복원

Plasmas characterization research and sparse recovery for ultra-large-area plasmas through diagnostics

 

3. 플라즈마 기능화 용액 특성 연구

Plasma-functionalized solution characterization research

 

4. 플라즈마 파밍을 포함한 응용 분야 적용을 위한 기초 연구

fundamental research for application particularly plasma farming

 

 

 

3. 홀추력기 플라즈마 (Hall thruster plasma)

 또다른 연구분야는 미래 우주산업의 핵심기술로 전망되는 플라즈마 추진 연구이며, 우주활용에 대비한 최첨단 고효율 플라즈마 추력기 개발과 더불어 플라즈마 진단과 이온빔 특성 연구 등의 기초연구가 활발히 수행되고 있다. 연구실에서 개발한 홀방식 플라즈마 추력기는 과학기술위성3호에 탑재되는 성과를 이루었고, 기술을 바탕으로 산업체가 개발한 홀추력기가 2기의 상용 위성에 탑재된 있다. 이러한 연구 수행을 통해 연구팀은 플라즈마의 기초연구부터 다양한 응용 타당성 연구까지 세계적으로 플라즈마 분야를 선도해 나가고 있다.

 

1. 플라즈마 진단계를 활용한 홀추력기 이온 빔 진단 
Hall thruster plume diagnosis (laser-induced-fluorescence (LIF), ExB probe, retarding potential analyzer (RPA), faraday probe, ... )
 
2.  저전력 (50 - 1000 W) 홀추력기 개발 
Development of Low-power (50 - 1000 W) Hall thrusters

 

 

 

 

 In Gas Discharge Physics Laboratory (GDPL), we have been performing active research on a variety of plasmas from high-temperature nuclear fusion plasma to low-temperature atmospheric pressure plasma and Hall effect low pressure plasma.

 

1. Nuclear Fusion plasma

 For hydrogen fusion plasmas, the research has been mainly focused on physics of impurity transport and edge plasma in tokamaks. In addition, development of advanced imaging plasma diagnostics based on plasma emissions has been ongoing under active international collaborations with many institutes including CEA (France), ENEA (Italy), and NIFS (Japan).

 

 

1. Study of ITB formation and ELM mitigation/suppression through impurity (Kr) gas injection in tokamak plasma

2. Divertor-plasma detachment experiments and identification of its mechanism

3. Development of analytical code for high-Z impurity transport plasma

 

 

 

2. Atmospheric plasma

 For weakly-ionized atmospheric pressure plasmas, research activities include development of advanced plasma sources, plasma characterization and its relevant physical and chemical reactions, fundamental physics on nonlinear phenomena such as electric wind and discharge mode transition, and application feasibilities particularly for plasma farming.

 

 

1. Development of atmospheric pressure plasma source

2. Plasmas characterization research and sparse recovery for ultra-large-area plasmas through diagnostics

3. Plasma-functionalized solution characterization research

4. Fundamental research for application particularly plasma farming

 

 

 

3. Hall thruster plasma

 For plasma thruster or electric propulsion research for space exploration, efforts have been put in development of state-of-art Hall plasma engines and characterization of the plasma and the ion beam based on various advanced diagnostics. The Hall thruster technology developed at GDPL was successfully employed in the STSAT-3 satellite along with two commercial satellites. Through these activities, GDPL has been pursuing world-class research from fundamental science to industrial applications.

 

 

1.  Hall thruster plume diagnosis 
2.   Development of Low-power (50 - 1000 W) Hall thrusters
 
 
 

research1.jpgresearch2.tif.png

 

 

          

< 플라즈마내 텅스텐 불순물 분포 및 방사파워 분포 이미징 Tungsten impurity distribution inside the KSTAR plasma and Radiated power image >

 

 

     research3.jpgresearch4.jpg

< 약전리 대기압 제트 플라즈마 Weakly-ionized atmospheric pressure jet plasma >

 

 

 

research5.jpg   GDPL 추력기.png

 

 

< 본 연구실이 개발하여 과학기술위성3호에 탑재된 홀추력기와 플라즈마 사진 Hall plasma thruster for STSAT-3 satellite and its plasma plume & 본 연구실에서 개발된 홀추력기 Hall thrusters developed in GDPL>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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