美 연구팀, AI·슈퍼컴퓨터로 핵융합 난제 푼다

지난 30년간 풀리지 않았던 핵융합 연구의 난제가 인공지능(AI) 기술과 슈퍼컴퓨터의 도움으로 해결되는 날이 올지도 모르겠다.

27일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신에 따르면, 미국 차세대 슈퍼컴퓨터 ‘오로라’의 첫 번째 프로젝트로 미국 프린스턴 플라스마 물리연구소(PPPL)가 개발 중인 핵융합 연구용 AI 시스템이 선정됐다.

미국 에너지부(DOE)와 프린스턴대가 공동으로 운영하는 이 핵융합 연구기관은 현재 핵융합 최대 난제 ‘핵융합 플라스마 경계면 불안정성 현상’(ELM·Edge-Localized Mode)을 해결하는 데 도움이 될 AI 시스템을 개발하고 있다.

핵융합 발전을 실현하려면 자기장을 이용해 고온의 플라스마를 안정적으로 가둘 수 있어야 한다. 현재 연구자들이 가장 흔하게 시도하고 있는 방식은 ‘토카막’이라는 용기를 이용하는 것이다. 하지만 도넛 모형의 이 원형 용기에 갇힌 플라스마는 내벽과 플라스마 사이의 큰 압력 차 때문에 불안정하다.

특히 핵융합 플라스마 경계면에는 두루마리구름처럼 규칙적인 모습을 가진 운전에 해로운 불안정성 현상인 ELM이 나타난다. ELM은 플라스마 가장자리를 붕괴시켜 안정적인 핵융합 반응을 방해한다. 이 때문에 ELM의 이해와 제어가 핵융합계에서 중요한 문제로 다뤄지고 있다.

즉 이런 장애를 예측하고 제어하는 AI 시스템을 과학자들이 개발하고 있는 것이다.

관련 연구에 참여 중인 PPPL의 윌리엄 탕 연구원은 “우리 연구는 AI의 딥 러닝 방식에서 나올 수 있는 진보를 가속화하기 위해 슈퍼컴퓨터의 능력을 이용할 것”이라고 말했다.

오는 2021년 안에 아르곤 국립연구소에서 가동될 ‘오로라’는 미국 최초의 엑사급 슈퍼컴퓨터로, 초당 1퀸틸리언(100경) 회의 계산을 수행할 수 있는데 이는 현재 가장 강력한 슈퍼컴퓨터들보다 50~100배 빠른 속도다.

연구팀은 AI 기술과 슈퍼컴퓨터를 활용해 한국과 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 중국, 일본, 인도 등이 공동 개발 중이며 프랑스에 건설되고 있는 국제핵융합실험로(ITER) 등 토카막 장치의 장애를 예측하고 제어하기 위해 실험적으로 검증할 수 있는 방법을 개발하려고 애쓸 것이다.



한편 ITER은 인류 역사상 가장 복잡한 과학 프로젝트다. 이 핵융합 실험로는 핵융합 반응을 위해 태양의 핵보다 10배 더 뜨거운 섭씨 1억5000만 도까지 가열된다. 이 과정은 토카막 용기 안에서 발생한다. 이는 거대한 자석에 둘러싸여 과열된 이온화 플라스마를 내벽에서 멀리 떨어진 곳에서 순환시킨다. 이때 초전도 자석은 성간 공간만큼 차가운데 영하 269도까지 냉각돼야 한다.

사진=ITER

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr