핵융합연 '1억도 초고온 플라즈마 30초 유지' 도전

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작년 성공한 20초서 10초 연장
H-모드는 85→100초 이상 목표
가열용량 확대로 안정성 확보
'붕괴 완화 기술' 등 추가 연구

한국핵융합에너지연구원의 초전도핵융합연구장치 KSTAR. 올해 실험에서 1억도 초고온 플라즈마 30초 유지, H-모드 100초 이상 유지 달성이 목표다.
<한국핵융합에너지연구원의 초전도핵융합연구장치 KSTAR. 올해 실험에서 1억도 초고온 플라즈마 30초 유지, H-모드 100초 이상 유지 달성이 목표다.>

한국핵융합에너지연구원(원장 유석재)이 올해 초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 활용해 전인미답의 성과 창출에 도전한다.

윤시우 핵융합연 KSTAR연구본부장은 올해 KSTAR 실험 캠페인에 앞서 '1억도 초고온 플라즈마 30초 유지' '5000~6000만도 고성능 플라즈마 운전모드(H-모드) 100초 이상 유지' 달성을 목표로 세웠다고 25일 밝혔다.

핵융합연은 지난해 1억도 초고온 플라즈마 20초 유지에 성공했다. 올해는 이 유지시간을 10초가량 늘린다. H-모드는 지난해 85초에서 올해 100초까지 15초 이상 늘린다는 목표다. 올해 이 같은 성과로 핵융합 기술력을 다시 한 번 세계에 입증한다.

올해 KSTAR 실험 캠페인은 3월 시작해 8월 중 마무리할 계획이다. 현재 각종 사전 테스트에 역량을 집중하고 있다.

KSTAR는 태양 핵융합 반응을 모방해 초고온 플라즈마를 발생시키는 연구 장치다. 관련 기술이 무르익으면 이를 활용한 발전도 가능하다.

문제는 초고온 플라즈마를 장시간 유지하는 것이 어렵다는 점이다. 장치 내 강한 자기장으로 플라즈마를 잡아 안정 상태를 유지하는데, 안정 상태를 잃게 되면 플라즈마 발생은 멈춘다. 핵융합연은 매년 유지 시간을 늘리면서 세계 기록을 경신해왔다.

윤 본부장은 올해 가열용량 확대로 목표 달성 전망이 밝다고 강조했다. 가열 장치 용량이 크면 그만큼 장치 안정성 확보에 유리하다. 지난해에는 '중성입자빔 가열장치(NBI-2)' 가용 용량이 1메가와트(㎿)였는데, 올해는 3㎿ 수준으로 올린다. 전자공명 가열장치(ECH) 용량도 2㎿에서 3㎿로 높인다.

핵융합연은 실험 캠페인 기간 중 플라즈마 유지시간을 늘리는 것 외에 다양한 추가 연구를 진행한다. 핵융합로 손상을 막고 안정적 운영을 가능하게 하는 '플라즈마 붕괴 완화 기술' 연구, 높은 플라즈마 압력을 장시간 유지하는 연구 등이다.

플라즈마 압력은 플라즈마 온도와 밀도로 결정되는데, 높을수록 향후 플라즈마를 이용한 발전이 용이하다. 지난해 자기장 압력 대비 약 3% 수준으로 플라즈마 압력을 10초간 유지했고, 올해 이를 20초로 연장한다.

윤시우 본부장은 “현재 KSTAR 장치 수준을 고려해 지난해 성과를 조금 더 확장하는 수준에서 목표를 세웠다”며 “올해는 물론 내년 이후에도 목표를 달성하며 성과를 키워나갈 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com