한국 '인공태양' 극한 환경 플라즈마 운전 기술 확보 실험 착수

한국핵융합에너지연구원

한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR) 모습. 한국핵융합에너지연구원 제공

‘한국의 인공태양’ 한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR)가 고온‧고밀도‧고전류 플라즈마 운전 조건을 달성하기 위한 실험에 착수한다. 핵융합 실증로 운전에 필요한 플라즈마 운전 시나리오를 조기 개발하기 위해 국제 공동연구도 적극 추진한다.

한국핵융합에너지연구원은 텅스텐 디버터 환경에서 고온·고밀도·고전류 플라즈마 운전 기술 확보를 위한 플라즈마 실험을 시작했다고 11일 밝혔다.

KSTAR는 이번 실험을 기점으로 본격적인 핵융합 실증로용 플라즈마 운전 시나리오 확보를 위한 플라즈마 물리 실험에 돌입한다는 계획이다. 고온·고밀도·고전류 조건에서 높은 ‘가둠 성능’을 달성할 수 있는 고성능 시나리오 연구와 고성능 플라즈마 환경을 방해하는 각종 불안정 현상을 억제할 기술 연구를 확대한다.

텅스텐 디버터의 성능 점검 및 내벽 연구를 강화해 실증로 환경에 적용할 수 있는 텅스텐 불순물 제어 연구를 중점적으로 실시할 예정이다. 텅스텐은 열에 강한 특성 덕분에 핵융합로 내벽 소재로 적합하지만 운전 과정에서 발생하는 텅스텐 불순물이 플라즈마의 성능 및 안정성을 저하시키는 단점이 있다. 동일한 텅스텐 소재를 활용할 예정인 국제핵융합실험로(ITER) 및 핵융합 실증로의 운전을 위해서 텅스텐 불순물 처리는 가장 중요한 연구 주제로 손꼽힌다. 

이번 연구에서는 텅스텐 불순물 발생 억제, 자기장 제어를 통한 텅스텐 불순물 방어, 가열장치를 이용한 불순물 배출 등 다양한 방법을 검증하기 위한 실험을 진행한다.

효과적인 실험 진행을 위해 시나리오, 자기유체역학(MHD) 안정화 연구, 경계면 페데스탈 연구 등 주요 연구 주제별로 6개의 연구그룹을 구성하고 국내외 연구 기관과의 협력 연구를 적극적으로 추진한다.

미국 최대 핵융합 장치인 ‘DIII-D’ 장치 연구팀, 프랑스 핵융합 장치인 ‘WEST’ 장치 연구팀을 비롯해 일본, 중국 등과 함께 핵융합 난제 해결에 기여할 40여 개 주제의 공동 실험을 추진한다. 국제 협력 연구는 향후 영국, 체코 등으로 확대할 예정이다.

남용운 핵융합연 KSTAR 연구본부장은 “금년 실험을 통해 텅스텐 디버터 환경에 대한 이해도를 높이고 우수한 플라즈마 운전 기술을 확보할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.

오영국 핵융합연 원장은 “핵융합 실증로 운전 시나리오를 조기 확보하기 위해 KSTAR의 역할은 앞으로 더욱 중요해질 것”이라며 “텅스텐 환경의 기술적 과제를 해결해 나가고 나아가 추가적인 장치 업그레이드를 통해 더욱 선도적인 연구를 수행할 수 있는 환경을 갖추어 갈 예정”이라고 전했다. KSTAR의 플라즈마 실험은 내년 2월까지 진행된다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]