플라즈마 물리 및 공학은 핵융합 에너지 개발의 근간이 되는 학문 분야로, 우리 연구실은 플라즈마의 기본적인 물리 현상부터 응용 기술까지 폭넓게 연구하고 있습니다. 플라즈마는 고온에서 이온과 전자가 분리된 상태로, 전자기장과의 상호작용, 파동-입자 상호작용, 난류 및 수송 현상 등 복잡한 물리적 특성을 보입니다. 이러한 현상들을 이론적으로 규명하고, 실험 및 시뮬레이션을 통해 검증함으로써 플라즈마의 거동을 정밀하게 이해하는 것이 연구의 핵심입니다. 특히, 토카막과 같은 자기밀폐형 핵융합 장치 내에서 발생하는 다양한 플라즈마 불안정성과 난류 현상, 그리고 이로 인한 에너지 및 입자 수송 메커니즘을 중점적으로 분석합니다. 이를 위해 자이로유체 및 자이로운동학 모델, MHD(자기유체역학) 이론, 그리고 최신 수치해석 기법을 활용하여 플라즈마의 미시적·거시적 동역학을 연구합니다. 최근에는 비선형 시스템에서 나타나는 새로운 파동 모드(예: Geodesic Acoustic Mode, Stringer Spin-up 등)와 그에 따른 플라즈마 안정성 및 성능 향상 방안도 집중적으로 탐구하고 있습니다. 이러한 기초 연구는 핵융합로의 성능 예측 및 최적화, 플라즈마 제어 기술 개발, 그리고 반도체 공정 등 다양한 산업적 응용으로 이어집니다. 우리 연구실은 국내외 핵융합 실험장치(KSTAR, ITER 등)와의 협력을 통해 실제 플라즈마 실험 데이터와 이론·시뮬레이션 결과를 비교·분석하며, 플라즈마 과학의 발전과 핵융합 에너지 상용화에 기여하고 있습니다.

핵융합시스템 설계는 플라즈마의 안정적 운전과 에너지 생산을 위한 핵심 기술로, 우리 연구실은 이 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 토카막과 같은 핵융합 장치의 자기장 구조, 플라즈마 단면 형상, 열 및 입자 수송, 불순물 거동 등 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 최적의 시스템 설계를 목표로 합니다. 이를 위해 MHD 평형 해석, 저항성 벽 모드(n=0 RWM) 안정성 평가, 플라즈마 단면 최적화, 열공학적 해석 등 다각적인 접근을 시도하고 있습니다. 특히, 비선형 시스템의 복잡한 거동을 정밀하게 예측하기 위해 고도 계산론 및 수치해석 기법을 적극적으로 개발·적용하고 있습니다. 예를 들어, Fokker-Planck 방정식 기반의 입자 분포 함수 해석, 전파 및 흡수 시뮬레이션, 자기평형 해석 코드(ECOM 등), 그리고 대규모 병렬 컴퓨팅을 활용한 전산모사 기법이 대표적입니다. 최근에는 기계학습 및 인공지능을 접목하여 플라즈마 진단 데이터의 자동 분석, ELM(Edge Localized Mode) 버스트 검출, 난류 현상 해석 등 새로운 연구 방법론도 도입하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 핵융합로(K-DEMO, ITER 등)의 설계 및 운전 전략 수립, 플라즈마 성능 극대화, 그리고 실시간 플라즈마 제어 기술 개발에 직접적으로 기여합니다. 또한, 반도체 공정 플라즈마, 고온 플라즈마 가열 및 전류구동, 불순물 수송 해석 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있으며, 국내외 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실질적인 기술 이전 및 산업화에도 앞장서고 있습니다.

우리 연구실은 핵융합 및 플라즈마 과학의 이론적 연구뿐만 아니라, 플라즈마를 활용한 반도체 공정 및 다양한 산업 응용 분야에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 반도체 제조 공정에서 플라즈마는 식각, 증착, 표면 개질 등 핵심적인 역할을 하며, 플라즈마의 균일성, 밀도, 온도 제어가 공정의 품질과 생산성에 직접적인 영향을 미칩니다. 특히, 플라즈마 공정 중 발생하는 미세 구조 형성, 이온 유도 나노패터닝, 금속 증강 형광 등 첨단 응용 기술에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이를 위해 PIC(Particle-In-Cell) 시뮬레이션, 전자기장 해석, 플라즈마-물질 상호작용 모델링 등 다양한 계산 및 실험적 접근법을 활용합니다. 또한, 반도체 공정 플라즈마의 불안정성, 난류, 에너지 전달 메커니즘을 분석하여 공정의 신뢰성 향상과 새로운 응용 기술 개발에 기여하고 있습니다. 이와 같은 연구는 반도체 산업의 고도화와 차세대 나노소자 개발에 중요한 역할을 하며, 플라즈마 과학의 산업적 가치 확장에 기여합니다. 또한, 플라즈마 진단 및 제어 기술, 고성능 시뮬레이션 도구 개발 등 다양한 분야와의 융합 연구를 통해 학문적·산업적 시너지를 창출하고 있습니다.