텅스텐 방패 단 국산 인공태양 '1억℃ 300초 유지' 도전

KSTAR, 신규 디버터 설치 마쳐
21일부터 '플라스마 실험' 돌입

한국형 초전도핵융합장치(KSTAR) 시설 전경. 사진 제공=한국핵융합에너지연구원

[서울경제]

국내 핵융합 연구 장치 ‘한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR)’가 핵심 장치 개선 작업을 완료하고 세계 최고 성능 기록을 경신하기 위한 실험에 들어간다.

한국핵융합에너지연구원은 KSTAR의 핵심 장치 중 하나인 텅스텐 디버터 설치를 끝내고 이를 활용한 첫 번째 플라스마 실험을 이달 21일 시작한다고 13일 밝혔다. 핵융합 발전은 수소 원자핵 2개가 합쳐져 헬륨 원자핵이 되는 핵융합반응에서 나오는 에너지를 취하는 차세대 발전 방식으로 태양이 에너지를 내는 방식과 같아 ‘인공태양’으로 불린다. 국산 인공태양인 KSTAR는 2030년대 핵융합 발전 실증과 2050년대 상용화를 위한 첫 단계로 만들어진 핵융합 연구 장치다.

핵융합을 안정적으로 구현하려면 KSTAR 내부에서 수소 원자핵이 1억 도의 초고온 플라스마로 장시간 유지돼야 한다. 플라스마는 원자의 핵과 전자가 분리된 상태다. KSTAR는 초고온 플라스마를 세계 최장 시간인 30초 동안 유지하는 데 성공했다. 핵융합 발전에 응용하려면 유지 시간을 300초로 늘려야 하는데 이를 위해 필요한 장치가 텅스텐 디버터다. 텅스텐 디버터는 플라스마의 뜨거운 열이 KSTAR 용기에 직접 닿지 않도록 보호하는 역할을 한다.

핵융합연은 2018년 텅스텐 디버터 개발을 시작했고 최근 완성해 KSTAR에 적용했다. 이에 2026년 초고온 300초 유지를 목표로 플라스마 운전 실험에 다시 들어가기로 한 것이다. 실험을 내년 2월 말까지 진행해 텅스텐 디버터 환경에서 정상적인 장치 운전을 검증하고 초고온 플라스마 운전 역량을 재연할 계획이다.

유석재 핵융합연 원장은 “국제핵융합실험로(ITER)와 가장 유사한 장치로 손꼽히는 KSTAR 장치가 ITER와 동일한 텅스텐 소재의 디버터 환경을 갖추게 됐다”며 “KSTAR의 선도적 연구를 통해 ITER는 물론 향후 핵융합 실증로 운전을 위한 기술 확보에 앞장서겠다”고 말했다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com