1억도 인공태양 '20초 유지' 도전

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핵융합연구소, 8월 예정인 'KSTAR 실험' 목표 설정
운전시간 작년比 두 배↑…국산 기술력 대외 입증

국가핵융합연구소의 초전도핵융합연구장치 KSTAR
<국가핵융합연구소의 초전도핵융합연구장치 KSTAR>

국가핵융합연구소(소장 유석재)는 올해 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 실험 목표를 '1억도 초고온플라즈마 20초 유지'로 설정했다고 22일 밝혔다. 지난해 대비 운전시간을 2배 이상 올려 달성한다는 도전적 목표다.

윤시우 핵융합연 KSTAR 연구센터장은 “오는 8월 시행 예정인 KSTAR 실험 캠페인을 앞두고 이 같은 목표를 정했다”고 설명했다.

핵융합연은 지난해 1억도(유지구간 평균 0.97억도) 온도를 8초 동안 유지했다. 올해는 이를 배가해 핵융합연과 KSTAR 연구진의 기술력을 대외에 입증할 계획이다.

5000만~6000만도 수준 '고성능 플라즈마 운전모드(H-모드)'도 100초를 넘긴다는 목표다. 지난해 성과는 88초였다.

KSTAR는 태양에서 볼 수 있는 핵융합 반응을 모방해 만든 초고온 플라즈마를 발생시키는 장치로 에너지 생산 저변 확대에 활용할 수 있다.

문제는 초고온 플라즈마를 장시간 유지하기가 매우 어렵다는 점이다. 장치가 안정 상태를 잃게 되면 플라즈마 발생도 멈춘다. 핵융합연은 매년 안정 상태의 운전 시간을 늘리며 기록을 갱신해 왔기에 올해 목표 달성에도 큰 문제는 없을 것으로 예상하고 있다.

올해는 가열장치 용량도 추가 활용할 수 있게 됐다. 가열장치는 핵융합설비 내부에 에너지를 전달, 플라즈마를 유지하는 핵심 역할을 한다. 지난해에는 첫 번째 중성자입자빔 가열장치(NBI-1)의 6메가와트(㎿) 출력 가운데 4㎿ 정도만 쓸 수 있었다. 올해는 이를 모두 활용할 수 있다. 2018년 설치한 NBI-2도 추가해 일부 활용할 계획이다.

핵융합연은 운전 시간 확대와 함께 전류구동을 비롯해 다양한 연구도 시도한다.

현재 전류구동은 핵융합 장치 내부에 외부 전류를 흘려 넣어 나선 형태 자기장을 형성하고, 이 자기장으로 플라즈마를 가두는 방식이다. 외부에서 계속 전류를 공급해야 해 효율이 떨어졌다. 이러한 단점을 해소할 헬리콘 시스템 연구를 시작했다.

플라즈마 붕괴현상을 완화하는 기술, 다양한 공학적 문제 해결 기술 실험도 8~11월 진행할 계획이다.

윤시우 센터장은 “올해는 가열장치 성능 개선으로 지난해보다 플라즈마를 더 오래 유지할 것으로 예상한다”며 “핵융합 분야 국제 프로젝트인 국제핵융합실험로(ITER), 향후 관련 분야 등에 활용 가능한 선제 기술 연구에도 힘쓰겠다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com