서울대, 英 세계 최고 핵융합발전소용 고온초전도 케이블 후속 개발 착수

서울대·英원자력청 공동연구 2단계 착수
한승용 교수 고온초전도 기술로 초전도자석 크기·비용↓

영국 원자력청(UKAEA)이 개발 중인 STEP핵융합 반응로 개념도./영국 원자력청

서울대 초전도응용연구센터가 영국 원자력청(UKAEA)과 영국 차세대 핵융합발전소 STEP에 들어갈 핵심 부품인 고온초전도 케이블 개발을 위한 2단계 공동연구에 착수했다고 1일 밝혔다.

STEP은 영국 원자력청이 주도하는 대규모 국가사업으로, 2040년까지 세계 최초의 상업용 핵융합 발전소 건설을 목표로 한다. 2019년부터 올해까지 약 3900억원 규모의 1단계 사업을 통해 현재 영국 노팅엄셔 지역에 지어질 고온초전도자석 기반 핵융합발전소 설계가 진행되고 있다.

핵융합발전은 태양처럼 별 내부에서 일어나는 핵융합 반응을 지상에서 구현해 전기를 만드는 방식이다. 도넛 모양의 ‘토카막’ 장치 안에서 섭씨 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 강력한 자석으로 가둬 핵융합 반응을 일으킨다. 탄소나 방사성물질이 발생하지 않아 청정에너지원으로 평가되며, 인공지능(AI) 발전으로 늘어나는 전력 수요 해결책으로 주목받고 있다.

영국은 핵융합발전 핵심 부품 개발을 위해 서울대를 선택했다. 한승용 서울대 전기정보공학부 교수가 제안한 ‘무절연 고온초전도’ 기술을 활용하면 기존 초전도자석 크기를 5분의 1 이하로 줄이면서, 건설·운전 비용을 크게 줄일 수 있어서다. 이에 서울대와 영국 원자력청은 지난해 6월부터 올해 3월까지 약 18억원 규모의 공동연구협약을 맺고, 고온초전도 케이블 개발 1단계를 진행했다.

서울대 초전도응용연구센터 연구자(왼쪽 2명)와 영국 원자력청 산하 기관인 UKIFS 연구원, 스위스 로잔연방공대 SULTAN 시험센터 연구원./서울대

1단계 연구에서는 국내 기업 파워닉스와 스탠다드마그넷이 참여해 3.6m 길이의 시제품 케이블을 제작했다. 완성된 케이블은 지난 7월 세계 최고 성능의 초전도 도체 시험평가 시설인 스위스 술탄(SULTAN)에서 평가를 받았다. 그 결과, 외부 자기장 10.9테슬라(T)와 91킬로암페어(kA) 전류, 100톤에 달하는 전자기력에도 견디고, 1400회 이상 반복 시험에서도 성능이 떨어지지 않았다. 이는 1992년 술탄 설비 가동 이후 고온초전도 케이블 분야에서의 기록적인 성과다.

2단계 공동연구에서는 시제품 성능을 더 높이고, 케이블 길이를 수십 미터로 늘리는 ‘장선화’ 기술 개발에 집중한다. 또한 STEP 핵융합 시스템에 적용될 고온초전도자석 설계와 제작, 평가 협력 범위도 확대해 실제 상용화에 필요한 신뢰성과 기술 성숙도를 높일 계획이다.

서울대는 “양 기관은 STEP 핵융합 시스템의 핵심 부품인 ‘TF 고온초전도자석’ 프로토타입 설계·제작·평가까지 협력을 확대하고 있다”며 “이번 연구가 소형 핵융합 기술 협력 강화와 기술적 완성도를 높이는 데 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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