인공태양 ‘KSTAR’ 텅스텐 방패 두르고 1억도 플라즈마 운전에 도전한다

한국형초전도핵융합연구장치 'KSTAR'의 핵심 장치 중 하나인 디버터를 텅스텐 소재로 바꾸는 작업이 마무리됐다./한국핵융합에너지연구원

인공태양 케이스타(KSTAR)가 더 오래 뜨거워질 준비를 마쳤다.

한국핵융합에너지연구원은 한국형초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’의 핵심 장치 중 하나인 디버터를 텅스텐 소재로 바꾸는 작업이 마무리됐다고 13일 밝혔다. 케이스타의 첫 번째 플라즈마 실험도 시작됐다.

디버터는 핵융합로 내부에서 발생하는 플라즈마의 강한 열속이 집중되는 진공용기 하단에 위치한 플라즈마 대면장치다. 플라즈마의 열속이 직접 진공용기에 닿지 않도록 방패 역할을 하는 장치다.

장시간 초고온 플라즈마를 유지하려면 플라즈마의 운전 시간과 비례해 증가하는 열에너지를 잘 견딜 수 있는 우수한 내열 성능을 갖춘 디버터를 확보해야 한다. 기존 케이스타에는 탄소 소재 디버터가 있었는데, 가열장치의 성능이 향상되면서 디버터를 바꿀 필요가 생겼다. 이에 핵융합연구원은 2018년 텅스텐 소재의 디버터 개발에 나섰다.

핵융합연구원은 2021년 첫 번째 시제품을 만들었고, 2022년 9월부터 기존 디버터 해체와 새로 개발한 텅스텐 디버터의 설치를 진행했다. 텅스텐은 높은 녹는 점과 저항성, 낮은 방사화 등의 특징이 있어 기존 탄소 디버터의 단점을 보완할 수 있다. 열속 한계치도 탄소 디버터와 비교해 2배 정도 향상됐다.

핵융합연구원은 21일부터 케이스타의 플라즈마 실험에 착수한다. 텅스텐 디버터 환경에서 정상적인 장치 운전을 검증하고, 이를 바탕으로 1억도 이상 초고온 고성능 플라즈마 운전 역량을 재현하는 게 목표다.

유석재 핵융합연구원 원장은 “국제핵융합실험로(ITER)와 가장 유사한 장치로 손꼽히는 KSTAR 장치가 ITER와 동일한 텅스텐 소재의 디버터 환경을 갖추게 된 만큼, 향후 ITER의 플라즈마 실험 성공 가능성을 예측할 수 있는 KSTAR의 이번 플라즈마 실험에 전 세계의 관심이 집중되고 있다”며 “새로운 도전에 나서는 KSTAR의 선도적 연구를 통해 ITER 및 향후 핵융합 실증로 운전을 위한 기술 확보에 앞장서겠다”고 말했다.

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