과기정통부, 초전도핵융합연구장치 플라즈마 안정성 확보 성공

‘붕소’ 활용해 플라즈마 능동 제어

초전도핵융합연구장치(KSTAR) 주장치 및 주요 부대장치 모습. ⓒ과학기술정보통신부

과학기술정보통신부는 한국과 미국이 초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 활용한 공동연구를 통해 핵융합에너지 상용화의 핵심 과제인 플라즈마 운전 안정성을 높이기 위한 핵심기술을 확보했다고 6일 밝혔다.

과기정통부는 “붕소(Boron) 분말 주입을 통해 핵융합로 내벽으로부터 나오는 텅스텐 불순물의 생성량이 줄어드는 현상을 세계 최초로 관측했다”며 “노심 플라즈마를 더욱 안정적으로 제어할 가능성을 확인했다”고 말했다.

과기정통부에 따르면 핵융합 장치 내벽은 초고온 플라즈마에 직접 노출되기 때문에, 열에 강한 텅스텐이 차세대 내벽 소재로 주목받는다. KSTAR는 지난 2023년 내부의 핵심 부품인 ‘디버터’를 텅스텐 소재로 교체, 국제핵융합실험로(ITER) 역시 텅스텐 내벽 적용을 추진 중이다.

다만 고온 플라즈마 운전 시 텅스텐 입자가 플라즈마에 유입될 경우, 장치 운전 안정성과 플라즈마 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서 이를 제어하는 기술은 국제적으로 중요한 연구 과제로 여겨왔다.

이번에 붕소 분말을 초고온 플라즈마에 실시간으로 주입해 운전 정지 없이 내벽 상태를 능동적으로 제어할 수 있다는 사실을 확인했다. 실시간 플라즈마-내벽 상호작용 제어 기술의 획기적인 진전을 보여주는 결과로 평가한다.

그동안 한·미 양국은 2010년 ‘한·미 핵융합 연구 협력 시행약정’을 체결한 이후, 토카막 물리, 플라즈마-내벽 상호작용 제어 연구 등 다양한 분야에서 공동연구를 이어왔다.

이번 연구 성과를 통해 KSTAR가 정밀한 운전 능력과 높은 신뢰도를 기반으로 국제 공동연구 중심 플랫폼으로 자리 잡고 있음을 입증했다.

정택렬 과기정통부 공공융합연구정책관은 “이번 연구는 그간 축적된 협력과 신뢰를 바탕으로 핵융합의 핵심기술을 도출한 사례로 국제 공동연구를 통한 기술 강화의 중요성을 잘 보여준다”고 말했다.