KSTAR, 이온온도 1억도 플라즈마 48초 달성

핵융합구원, 고성능 플라즈마 운전 100초 기록
텅스텐 디버터 환경에서 장시간 플라즈마 운전 성공

[대전=뉴시스] 인공태양 KSTAR. 한국핵융합에너지연구원 제공 *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국의 인공태양 KSTAR가 내벽 부품을 교체한 후 진행한 첫번째 플라즈마 실험에서 기존 기록을 경신하며 세계 최고 수준의 플라즈마 운전역량을 재입증했다.

한국핵융합에너지연구원은 KSTAR 연구본부가 지난해 12월부터 올 2월까지 진행한 KSTAR 플라즈마 실험을 통해 핵융합 핵심 조건인 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 48초 운전, 고성능 플라즈마 운전모드(H-mode) 102초 운전 기록을 달성했다고 20일 밝혔다.

국내 기술로 개발된 초전도핵융합장치인 KSTAR는 지난 2018년 최초로 이온온도 1억도 플라즈마 달성 이후 2021년에는 1억도 플라즈마를 30초 유지하며 세계 기록을 세웠다.

KSTAR 연구진은 이번 실험에서 기 확보한 초고온 플라즈마 운전기술 및 가열장치 성능 향상 등을 기반으로 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 운전을 48초까지 연장하는 데 성공했다.

또 고온·고밀도 플라즈마 상태를 유지하는 가장 대표적인 핵융합 운전모드인 고성능 플라즈마 운전모드(High Confinement mode, H-mode) 102초간 연속 운전도 이뤄냈다.

이에 대해 연구원은 지난해 KSTAR 내부의 플라즈마 대면 장치 중 하나인 디버터를 텅스텐 소재로 교체해 장시간 플라즈마 운전에 따른 성능 감소현상을 완화시켜 플라즈마 성능을 유지한게 원인이라고 설명했다.

텅스텐 디버터는 기존의 탄소 디버터와 비교해 동일 열부하에 대해 표면 온도 증가가 약 1/4 수준에 불과, 초고온 플라즈마의 장시간 운전에 유리하다. 하지만 플라즈마 접촉 시 생성되는 불순물에 의한 에너지 손실이란 단점도 있다.

윤시우 KSTAR연구본부장은 "텅스텐 디버터 환경에서 진행된 첫 실험임에도 기존 KSTAR의 성과를 뛰어넘는 결과를 달성할 수 있었다"면서 "KSTAR 최종 운전 목표 달성을 위해 가열 및 전류구동 장치 성능 향상을 순차적으로 진행하고 장시간 플라즈마 운전에 요구되는 핵심기술을 확보할 계획"이라고 강조했다.

KSTAR의 최종 목표는 2026년까지 1억도 초고온 플라즈마 운전 300초 달성에 있다. KSTAR 연구진은 이를 위해 내벽 부품 전체를 텅스텐으로 교체하고 인공지능 기반의 실시간 피드백 제어 기술을 확보하는 등 관련 연구 및 장치 성능 개선에 집중하고 있다.

이와 함께 KSTAR 연구진은 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 입증하는데 성공했다.

이 연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 2월 게재됐다.(논문명:Tailoring tokamak error fields to control plasma instabilities and transport)

핵융합연 유석재 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 핵심기술을 확보해 나갈 것"이라고 말했다.

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