[쿠키과학] KSTAR, 핵융합실증로 운전시나리오 선도 개발

핵융합연, KSTAR 텅스텐 디버터 환경 플라즈마 실험 개시
ITER 실증로 성공열쇠 세계 최초 개발 도전

한국핵융합에너지연구원이 가동 중인 토카막 'KSTAR'. 한국핵융합에너지연구원

한국형핵융합연구장치(KSTAR)가 핵융합 실증로 운전에 필요한 고성능 플라즈마 운전시나리오 개발에 도전한다.

한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연)은 KSTAR가 텅스텐 디버터 환경에서 고온·고밀도·고전류 플라즈마 운전기술 확보를 위한 플라즈마 실험을 시작했다고 11일 밝혔다. 

이번 실험은 핵융합 실증로 내부를 구성하는 텅스텐의 불순물 제어에 초점을 맞췄다.

열에 강한 텅스텐은 핵융합로 내벽 소재로 적합하지만, 운전 과정에서 발생하는 텅스텐 불순물이 플라즈마의 성능 및 안정성을 저하시키는 단점이 있다. 때문에 텅스텐을 사용하는 국제핵융합실험로(ITER) 실증로 운전을 위해 텅스텐 불순물 처리가 가장 중요한 연구과제로 꼽힌다.

KSTAR 텅스텐 내벽. 한국핵융합에너지연구원

이에 따라 핵융합연 내년 2월까지 텅스텐 불순물 발생 억제, 자기장 제어로 텅스텐 불순물 방어, 가열장치 이용 불순물 배출 등 다양한 방법을 검증할 예정이다.

앞서 지난해 핵융합연은 KSTAR의 텅스텐 디버터를 성공적으로 교체하고 안정적인 초전도자석 성능 검증을 바탕으로 장치의 우수성을 입증했다.

디버터는 핵융합로에서 초고온 플라즈마를 운전할 때 발생하는 강한 열속으로부터 진공용기를 보호하기 위해 장치 하단부에 설치된 핵심 장치로, 핵융합로 내부에서 플라즈마와 유일하게 맞닿는다. 때문에 디버터는 플라즈마의 형상 조절은 물론 플라즈마 연소로 발생한 내부 불순물을 외부로 배출시키는 통로 역할도 한다.

핵융합연은 이번 실험에서 텅스텐 디버터의 성능 점검과 내벽 연구로 실증로 환경에 적용할 수 있는 텅스텐 불순물 제어를 중점 개발할 계획이다.

효과적인 실험진행을 위해 시나리오, MHD 안정화 연구, 경계면 페데스탈 연구 등 주요 연구 주제별 6개 워킹 그룹을 구성하고, 국내외 연구기관과 협력도 추진한다.

이를 위해 미국 DIII-D, 프랑스 WEST를 비롯해 일본, 중국 등과  핵융합 난제 해결에 기여할 40여 주제의 공동실험을 추진하고, 추후 영국, 체코 등으로 대상을 확대할 계획이다.

남용운 핵융합연 KSTAR 연구본부장은 “KSTAR는 우리나라 뿐 아니라 세계 연구자에게 안정적인 연구환경을 제공하며  핵융합에너지 난제 해결에 기여하고 있다”며 “올해  실험은 텅스텐 디버터환경에 대한 이해도를 높이고 보다 우수한 플라즈마 운전기술을 확보할 것”이라고 설명했다.

오영국 핵융합연 원장은 “실증로 운전시나리오를 조기 확보하기 위해 KSTAR의 역할은 앞으로 더욱 중요해질 것”이라며 “텅스텐 환경의 기술과제를 해결하고, 장치 업그레이드로 선도적 연구를 수행할 수 있는 환경을 갖출 계획”이라고 말했다.
이재형 기자 jh@kukinews.com