한국의 인공태양 KSTAR 업그레이드…1억도 300초 운전 도전 시작

한국형 인공태양 ‘KSTAR’가 업그레이드를 마치고 1억도 300초 운전을 향한 도전을 시작한다.

13일 한국핵융합에너지연구원에 따르면 한국형초전도핵융합연구장치 KSTAR의 핵심 장치 중 하나인 디버터 교체를 마쳤다. 

한국 인공태양 초전도핵융합연구장치 KSTAR 모습. 한국핵융합에너지연구원 제공

디버터는 핵융합로 내부에서 발생하는 플라즈마의 강한 열속(단위면적 및 단위시간당 들어오는 열에너지 양)이 직접 진공용기에 닿지 않도록 방패 역할을 하고, 각종 불순물 배출하는 통로가 돼 고성능 플라즈마가 오래 유지될 수 있도록 돕는 장치다.

장시간 초고온 플라즈마 유지를 위해 열에너지를 잘 견딜 수 있는 디버터를 확보하는 것이 중요하다. 초고온의 플라즈마를 연속적으로 운전하는 것이 핵융합 기술 개발의 핵심 과제다.

기존 KSTAR에는 탄소 소재 디버터를 장착했으나 1억도 이상 초고온 플라즈마 운전 시간 증가 등으로 한계치를 넘어서게 됐다. 이에 핵융합연은 텅스텐 소재 디버터로 교체를 결정, 개발에 착수했다. 2021년 첫번째 시제품을 제작에 성공했고, 2022년 9월부터 1년간 기존 디버터 해체와 새로 개발한 텅스텐 디버터 설치를 진행했다. 텅스텐 소재 디버터는 기존 탄소 디버터와 비교해 열속 한계치가 2배 이상 높아졌다.

텅스텐 디버터 모노블록 카세트. 한국핵융합에너지연구원 제공

핵융합연은 오는 21일 첫 플라즈마 실험을 시작한다. 정상적으로 작동하는지 검증하고, 기존 KSTAR가 달성한 1억도 이상 초고온 고성능 플라즈마 운전 역량을 재현할 예정이다. 이를 바탕으로 2026년까지 300초 운전에 도전할 계획이다. 

KSTAR는 1억도 초고온 고성능 플라즈마 30초 운전에 성공해 세계 최장 기록을 보유하고 있다. 

KSTAR 진공용기 내부 모습. 한국핵융합에너지연구원 제공

유석재 핵융합연 원장은 “KSTAR가 국제핵융합실험로(ITER)와 동일한 텅스텐 소재 디버터 환경을 갖추게 된 만큼 향후 ITER의 플라즈마 실험 성공 가능성을 예측할 수 있는 KSTAR의 이번 플라즈마 실험에 전 세계의 관심이 집중되고 있다”며 “달라진 디버터 구조에 맞추어 플라즈마 형상의 최적화 방안을 확보하는 등 새로운 디버터 환경의 특성을 빠르게 파악하고 적응하여 최적의 성능을 구현하겠다”고 밝혔다.

이진경 기자 ljin@segye.com