韓 인공태양 KSTAR 신기록 달성 …'1억도 플라즈마 48초' 유지

텅스텐 디버터 환경에서 장시간 플라즈마 운전 성공
이온온도 1억도 플라즈마 48초, 고성능 플라즈마 운전 100초 달성

한국의 인공태양 초전도핵융합연구장치 KSTAR [사진=핵융합연]

[아이뉴스24 최상국 기자]한국의 인공태양 KSTAR가 내벽 부품을 교체한 후 진행한 첫 번째 플라즈마 실험에서 이온온도 1억도의 플라즈마를 48초간 운전하는 데 성공하며 기존 기록을 경신했다.

20일 한국핵융합에너지연구원(원장 유석재)은 지난해 12월부터 올해(2024년) 2월까지 진행한 실험을 통해 핵융합 핵심 조건인 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 48초 운전과 고성능 플라즈마 운전모드(H-mode) 102초 운전 기록을 달성했다고 발표했다.

지난 2021년 1억도 플라즈마를 30초 유지하며 세계 기록을 달성했던 KSTAR는 내벽 부품 교체를 위한 1년 이상의 실험 중단 이후 재개한 첫 실험에서 새로운 기록을 달성하며 세계 최고 수준의 플라즈마 운전 역량을 다시 한번 증명했다.

핵융합연구원 연구진이 텅스텐 디버터로 교체한 KSTAR 진공용기 내부를 확인하고 있다.[사진=핵융합연]

핵융합에너지의 실현을 위해서는 핵융합 반응이 활발히 일어나는 초고온·고밀도 플라즈마를 장시간 유지할 수 있는 기술을 확보해야 한다. 이를 위해 핵융합 연구자들은 KSTAR와 같은 핵융합 장치를 이용해 다양한 플라즈마 운전 연구를 수행하고 있다.

KSTAR 연구진은 이번 실험에서 기존 확보한 초고온 플라즈마 운전 기술과 가열장치 성능 향상 등을 기반으로 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 운전을 48초까지 연장하는 데 성공했다. 더불어 고온·고밀도 플라즈마 상태를 유지하는 가장 대표적인 핵융합 운전모드인 고성능 플라즈마 운전모드(High Confinement mode, H-mode)를 102초간 연속 운전하는 데에도 성공했다.

연구진은 이같은 성능 향상은 KSTAR 내부의 플라즈마 대면 장치 중 하나인 디버터를 기존 탄소 소재에서 텅스텐 소재로 교체한 덕분이라고 밝혔다. 텅스텐 디버터는 기존의 탄소 디버터와 비교해 동일 열부하에 대해 표면 온도 증가가 약 4분의1 수준에 불과해, 초고온 플라즈마의 장시간 운전에 유리하다는 설명이다. 하지만, 플라즈마 접촉 시 생성되는 불순물에 의한 에너지 손실의 어려움도 있어 이를 극복하기 위한 운전 기술이 요구된다.

윤시우 KSTAR연구본부장은 “텅스텐 디버터 환경에서 진행된 첫 실험임에도 불구하고, 철저한 실험 준비를 통해 기존 KSTAR의 성과를 뛰어넘는 결과를 단시간 내에 달성할 수 있었다. KSTAR 최종 운전 목표 달성을 위해 가열 및 전류구동 장치의 성능 향상을 순차적으로 진행하고, 장시간 플라즈마 운전에 요구되는 핵심기술을 확보할 계획이다”라고 전했다.

KSTAR의 최종 목표는 2026년까지 1억도 초고온 플라즈마 운전 300초를 달성하는 것이다. KSTAR 연구진은 이를 위해 KSTAR 내벽 부품 전체를 텅스텐으로 교체하고, 인공지능 기반의 실시간 피드백 제어 기술을 확보하는 등 관련 연구 및 장치 성능 개선에 집중할 계획이다.

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

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)