인공태양 불 지필 '초전도 전원장치' 우리 손으로 만들었다

핵융합에너지硏, 민간기업과 '트로이달필드(TF) 변압기' 제작 완료
국제핵융합실험로(ITER) 구동에 적합한 '전압'으로 변경해주는 장치

프랑스 카다라쉬에 건설되고 있는 국제핵융합실험로(ITER) 전경. / 사진=국제핵융합실험로(ITER)

국내 연구진이 '인공태양' 구현에 필수적인 '초전도자석 전원공급장치'를 만드는 데 성공했다. 장치 설계부터 제품 제작까지 12년에 걸친 기술개발 결실이다. 이 장치는 프랑스 카다라쉬에 건설되고 있는 ITER(국제핵융합실험로)에 장착될 예정이다.

한국핵융합에너지연구원(핵융합연)은 9일 오전 프랑스 카다라쉬로 초전도자석 전원공급장치인 '트로이달필드'(TF) 변압기를 출하했다고 밝혔다. TF 변압기는 외부의 높은 전압을 ITER 장치에 알맞은 전압으로 변경해 주는 핵심적인 장치다.

TF 변압기는 너비 11.5m, 높이 4.5m, 깊이 4.5m, 중량 109t(톤)에 달한다. 최대 68㎄(킬로암페어) 직류 전류를 수개월 이상 연속 공급할 수 있다. 또 에너지를 전력 공급시스템에 되돌려 보내 ITER 운전에 필요한 에너지를 절감하는 역할을 맡는다.

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인공태양 구현 프로젝트, ITER 뭐길래

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핵융합 실증로를 구현했을 때 내부에서 진행되는 핵융합 반응. / 영상=한국핵융합에너지연구원

ITER는 우리나라를 비롯해 미국·프랑스·유럽연합(EU)·일본·중국 등 7개국이 핵융합에너지 대량생산 가능성을 실증하기 초대형 핵융합 장치를 공동 건설·운영하는 R&D(연구·개발) 프로젝트다. ITER 공정률은 80%를 넘어섰다. 장치 완공 후 단계적 실험을 거쳐 2035년쯤 에너지 증폭 실증을 거쳐 핵융합 에너지 상용화를 목표한다.

핵융합은 가벼운 원자핵들이 융합하며 무거운 원자핵으로 바뀌면서 에너지를 발생한다. 태양이 에너지를 생산하는 방식이다. 핵융합 연료는 중수소와 삼중수소다. 중수소는 바닷물을 전기분해 하면 얻을 수 있어 바닷물이 마르지 않는 이상 고갈 염려가 없다. 삼중수소는 핵융합로 안에서 리튬과 중성자 반응을 통해 얻을 수 있다.

특히 핵융합 발전은 저준위 폐기물을 일부 만들지만 수십년 보관하면 자연 상태로 되돌릴 수 있다. 특히 원자력 발전에 비해 폐기물 배출이 적은 특징이 있다. 또 온실가스 주범으로 꼽히는 탄소를 배출하지 않아 '꿈의 에너지'로 불린다.

7개 회원국은 ITER 건설에 필요한 모든 구성품을 나눠 제작한 후 건설지로 운송해 설치·조립하고 있다. 이번에 핵융합연이 공급한 장치는 ITER의 초전도자석에 전류를 공급해 주는 전력변환장치다. 이 장치는 플라스마 발생, 가열, 위치와 형상 제어, 자기장 오차 교정 등의 기능을 제공한다. 각각의 전원공급장치는 변압기와 컨버터로 구성돼 있으며 우리나라는 전체 전원공급장치 32대 중 18대 조달하고 있다.

핵융합연은 2011년 3월 국내 기업 다원시스와 효성중공업과 컨소시엄을 꾸리고 초전도자석 전원공급장치 설계·제작을 진행했다. 2018년 1월 첫 번째 ITER 전원공급장치인 CCS-1 변압기 운송을 시작으로 이번 TF 변압기 최종 출하까지 총 12년간 기술개발을 진행했다.

오종석 핵융합연 ITER한국사업단 박사는 "이번 전원공급장치의 최종 출하는 ITER 장치가 요구하는 고난도의 기술적 어려움을 산업체와 사업단 간 협력을 통해 극복한 결과"라며 "성공적인 전원공급장치 조달로 ITER의 성공과 향후 핵융합 실증로 건설을 위한 기술 확보에 기여할 수 있길 바란다"고 했다.

출하를 마친 TF 변압기는 경상남도 마산항을 통해 선박 운송을 시작했고, 내년 1월 중순쯤 프랑스 카다라쉬 ITER 건설 현장에 도착할 예정이다.

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr