국산 인공태양 상용화 한발 더···초고온 플라즈마 48초 유지

인공태양 실험장치 KSTAR
핵융합 조건 '1억도 플라즈마'
2026년 300초 달성 목표

[서울경제]

핵융합 발전을 상용화하기 위한 국산 기술이 진전을 이뤘다. 국내 연구진이 핵융합 발전에 필요한 ‘초고온 플라즈마’ 환경을 48초 간 유지하는 데 성공했다. 같은 연구진의 2021년 세계 최장기록인 30초를 뛰어넘는 성과다.

한국핵융합에너지연구원의 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 시설 전경. 사진 제공=한국핵융합에너지연구원

과학기술정보통신부 산하 한국핵융합에너지연구원은 지난해 12월부터 지난달까지 진행한 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR)의 초고온 플라즈마 실험을 통해 48초 운전 기록을 달성하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 연구성과는 지난달 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

핵융합 발전은 수소 핵 2개가 헬륨 핵 1개로 합쳐지는 핵융합 반응 과정에서 발생하는 에너지를 취하는 발전 방식으로, 태양이 에너지를 내는 방식과 같아 ‘인공태양’ 기술로도 불린다. 화석연료와 달리 탄소 배출이 없고 핵분열과 달리 방사능이 없는 수소를 사용해 자원고갈과 기후변화에 대응할 수 있는 차세대 에너지원으로 기대받는다. 세계 각국은 2050년대 상용화를 목표로 기술 개발 중이며 국내에서는 핵융합연이 기초 실험시설인 KSTAR를 운영 중이다.

핵융합 반응이 일어나려면 1억 도의 온도에서 원자가 원자핵과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 존재하는 초고온 플라즈마 환경이 장시간 유지돼야 한다. 핵융합연은 2021년 초고온 플라즈마를 30초 유지하며 세계 기록을 세운 데 이어 이번에는 이를 48초 늘렸다. 핵융합 실증 등 다음 단계로 나아가기 위해서는 이 유지시간을 300초로 늘려야 하며 핵융합연은 2026년을 목표로 도전 중이다.

핵융합연은 지난해 KSTAR 안에서 플라즈마를 담을 용기(디버터)가 1억 도의 고열을 버틸 수 있도록 텅스텐 소재로 교체하는 작업을 완료했다. 인공지능(AI) 기반의 실시간 피드백 제어 기술을 확보하는 등 관련 연구 및 장치 성능 개선에 집중할 계획이다.

핵융합연은 또 최근 미국 프린스턴 플라즈마 물리연구소(PPPL)와 공동연구를 통해 KSTAR의 외부 자기장을 이용한 오차 자기장 최적화 모델을 개발하고, 플라즈마 가장자리와 중심 부분의 불안정성을 동시에 안정화시킬 수 있는 방안을 실험으로 입증하는 데 성공하기도 했다.

유석재 핵융합연 원장은 “이번 성과로 핵융합 실증로 운전에 필요한 핵심기술 확보에도 청신호가 켜졌다”며 “KSTAR 장치의 안정적 운영을 바탕으로 국제핵융합실험로(ITER) 실험 주도와 핵융합 실증로 건설 및 운전을 위한 핵심기술 확보를 위하여 최선을 다하겠다”고 말했다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com