8초간 빛난 1억℃ 인공태양…비결은 플라즈마 제어 능력

글자 작게 글자 크게 인쇄하기

핵융합연, 'KSTAR' 플라즈마 실험 분석 결과
'내부수송작벽 모드'로 온도 유지 시간 늘려
위치·형상 제어기술 고도화…더 큰 성과 기대

지난달 국가핵융합연구소(소장 유석재)가 발표한 '1억도 초고온 플라즈마 8초 유지 기록 수립'은 플라즈마 제어 능력이 가장 중요했던 것으로 나타났다.

핵융합연은 핵융합장치 KSTAR로 플라즈마 실험을 분석한 결과, 장치 내부 플라즈마 제어 능력 향상이 이전보다 좋은 성과를 내는 원동력이 됐다고 20일 밝혔다.

지난 2월 촬영한 KSTAR 내 플라즈마 발생 모습
<지난 2월 촬영한 KSTAR 내 플라즈마 발생 모습>

핵융합연은 지난해 차세대 플라즈마 운전모드인 내부수송장벽(ITB) 모드로 이온온도 1억도(유지구간 평균 0.97억도) 수준 플라즈마 운전을 8초 이상 유지했다.

핵융합장치는 플라즈마가 안정 상태를 잃었을 때 발생을 멈추게 된다. 플라즈마 위치와 형상이 안정 상태에 큰 영향을 끼친다. 전자석의 조합으로 '토카막' 장치 안에 자기장을 형성하고 플라즈마를 가두는데, 이를 통해 플라즈마 위치와 형상을 정밀 제어했다.

특히 수학적 방법이 주효했다. 플라즈마 자체 전류도 자성을 발생, 자기장 형상과 위치를 바꾸는데, 이를 수학적으로 계산해 플라즈마 정밀제어 기능을 강화했다.

또 가열장치로부터 에너지를 효율적으로 받는 위치에 플라즈마를 생성하고, 토카막 내벽에서 발생하는 불순물을 잘 배출하는 플라즈마 위치·형상 제어도 강화했다.

국가핵융합연구소의 KSTAR 주장치 모습
<국가핵융합연구소의 KSTAR 주장치 모습>

연구진은 이 결과로 플라즈마 형상 유지 시간을 늘릴 수 있었다고 설명했다.

정밀 플라즈마 위치, 형상 제어 기술은 더욱 고도화된다.

핵융합연은 여기에 가열 장치를 추가 활용, 앞으로 더 좋은 성과를 거둘 것으로 기대하고 있다. 지난 실험의 경우 중성자입자빔가열장치(NBI-1) 내부 시스템 3개 중 하나를 유지보수 탓에 사용하지 못했다. 올해부터는 모두 사용하게 된다. 가열용량이 기존 3메가와트(㎿)에서 5㎿로 늘어난다. 또 내년부터는 추가 가열장치 NBI-2 활용도 가능해질 전망이다.

정진일 KSTAR 연구센터 고성능시나리오연구팀장은 “그동안 연구진이 닦은 고도의 제어 기능을 활용해 지난해 실험에서 많은 성취를 거둘 수 있었다”며 “앞으로 이를 고도화하고, 추가 에너지를 활용해 더 큰 성과를 거둘 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com