한국의 인공태양, 플라즈마 운전 시나리오 개발 위한 도전

한국핵융합에너지연구원 'K스타', 고성능 플라즈마 운전 기술 확보 속도

한국핵융합에너지연구원의 'K스타'. 사진=한국핵융합에너지연구원

인공지능(AI) 시대 대량의 전력을 확보하기 위한 경쟁이 치열해지고 있는 가운데 핵융합 분야가 청정 에너지원으로 큰 기대를 받고 있다. 국내에선 인공태양으로 불리는 한국핵융합에너지연구원의 ‘K-스타’가 고성능 플라즈마 운전 시나리오를 조기에 개발하기 위한 본격적인 도전에 나서며 경쟁 참여를 선언했다.

한국핵융합에너지연구원(원장 오영국)은 최근 텅스텐 디버터 환경에서 고온·고밀도·고전류 플라즈마 운전 기술 확보를 위한 플라즈마 실험을 시작했다.

현재 미국·일본·중국을 중심으로 핵융합에너지의 실현을 앞당기기 위한 노력과 경쟁이 치열한 상황이다. 각국 정부도 국제협력 중심에서 각자도생으로 핵융합을 현실화하기 위한 도전에 나서고 있다. 이에 우리나라도 지난 7월 핵융합에너지 가속화 전략을 발표하고 핵융합에너지 조기 실현을 위한 행보를 시작한 바 있다.

국내 기술로 완성된 핵융합연구원의 핵융합장치인 ‘K-스타’는 지난해 텅스텐 디버터 교체와 초전도자석의 안정적인 성능 검증을 바탕으로 장치의 우수성을 입증했다. 또 세계 최고 수준의 고성능 플라즈마 장시간 운전 성과를 발표하는 등 핵융합 실증로용 운전 기술 확보를 위한 기반을 갖춘 장치로 인정받고 있다.

하지만 태양 수준의 온도인 1억도를 인공으로 구현해 핵융합이 일어나는 초고온플라즈마 현상을 구현하기 위해서는 실제 핵융합 전기 생산을 실현할 핵융합 실증로 운영에 필요한 플라즈마 운전 시나리오의 개발이 시급한 과제다.

K-스타는 올해에는 내년 2월까지 본격적인 핵융합 실증로용 플라즈마 운전 시나리오 확보를 위한 플라즈마 물리 실험에 돌입했다. 고온·고밀도·고전류 조건에서 높은 가둠 성능을 달성할 수 있는 고성능 시나리오 연구 및 고성능 플라즈마 환경을 방해하는 각종 불안정 현상을 억제할 기술 연구가 더욱 확대될 전망이다.

특히 텅스텐 디버터의 성능 점검 및 내벽 연구 강화를 통해 실증로 환경에 적용할 수 있는 텅스텐 불순물 제어 연구가 중점적으로 이루어질 예정이다.

텅스텐은 열에 강한 특성 덕분에 핵융합로 내벽 소재로 적합하다. 하지만 운전 과정에서 발생하는 텅스텐 불순물이 플라즈마의 성능과 안정성을 저하시키는 단점이 있다. 동일한 텅스텐 소재를 활용할 예정인 국제핵융합실험로(ITER) 및 핵융합 실증로의 운전을 위해서 텅스텐 불순물 처리는 가장 중요한 연구 주제로 손꼽힌다.

이에 텅스텐 불순물 발생 억제, 자기장 제어를 통한 텅스텐 불순물 방어, 가열장치를 이용한 불순물 배출 등 다양한 방법을 검증하기 위한 실험이 진행된다. 미국·프랑스·일본·중국 등과 함께 핵융합 난제 해결에 기여할 40여개 주제의 공동 실험도 함께 추진된다.

오영국 핵융합연구원장은 "핵융합 실증로 운전 시나리오를 조기 확보하기 위해 K-스타의 역할은 앞으로 더욱 중요해질 것"이라며 "텅스텐 환경의 기술적 과제를 해결해 나가고 나아가 추가적인 장치 업그레이드를 통해 더욱 선도적인 연구를 수행할 수 있는 환경을 갖출 예정"이라고 말했다.

백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr