물질을 빠르게 가열시키는 다양한 기술들의 발달로 과학자들은 이제 소규모 실험실에서도 핵융합을 일으킬 수 있게 되었다. 하지만 아직 상용화를 위한 단계에는 도달하지 못했으며 이를 위한 많은 기반 연구들이 필요하다. 레이저 핵융합 연구실에서는 고출력 레이저로 물질을 가열하여 순식간에 초고온·초고압 상태의 물질들을 만들어낼 수 있다. 우리는 이들의 상태 방정식 및 여러 특성들을 핵융합 상용화를 위한 기반 연구의 관점에서 조사하고자 한다. 본 연구실은 아주 작은 중수소 표본 (~10 nm 반경의 구체)들의 온도를 1억도 이상으로 가열하는 기술을 가지고 있으며, 이는 실험실에서 핵융합을 일으키기에 충분한 온도이다. 레이저를 이용하여 지속 가능한 핵융합을 일으키는 방법과 그와 관련된 제반 기술들을 연구하는 것이 본 연구실의 목표이다.
Rapid heating of matter using a short-pulse laser is an emerging research area in laser-plasma physics. In particular, nuclear fusion experiments have been performed in small-scale laboratories with high power lasers. In Laser Fusion Laboratory at GIST, we have a technique to heat small deuterium fuel samples (~10 nm radius spheres) to temperatures exceeding 100 million degrees Celsius. This is a sufficiently high temperature for deuterium atoms to undergo nuclear fusion reactions in a laboratory. We aim to study fundamental physics necessary to achieve fusion ignition.
In addition, we will investigate the properties of matter in extreme temperatures and pressures. Specifically, we plan to heat a small solid density target rapidly above 10,000 K using a high power laser, and examine its properties. Although matter at such an extreme state, known as warm dense matter, is commonly found in astrophysics (e.g., in planetary cores) as well as in high energy density physics experiments, its properties are not well understood and are difficult to predict theoretically. We aim for direct quantitative measurements of equation-of-state, conductivity, opacity, and stopping power of warm dense matter, which will benefit plasma physics, astrophysics, and nuclear physics.
