한국 인공태양 KSTAR 올해 1억도 50초 유지 도전

핵융합연, 작년 30초 기록…목표 상향
내달부터 실험…7월께 마무리할 예정
'H-모드' 유지시간 100초로 경신 기대

KSTAR 전경
<KSTAR 전경>

한국핵융합에너지연구원이 '인공태양' 실현을 목표로 한 한국형 초전도핵융합장치(KSTAR) 올해 목표를 더 높게 잡았다. 지난해 이룬 1억도 초고온 플라즈마 30초 유지 기록에서 시간을 20초나 늘리겠다는 계획이다.

핵융합연은 올해 KSTAR 플라즈마 실험으로 1억도 초고온 플라즈마 운전을 50초 동안 유지하는 것이 목표라고 23일 밝혔다.

한국 인공태양 KSTAR 올해 1억도 50초 유지 도전

핵융합에너지는 핵융합 반응으로 발생시키는 에너지다. 태양과 같은 원리인데, 탄소를 발생시키지 않는다는 점에서 청정 에너지로 분류된다. 다만 이온, 전자가 분리된 플라즈마 상태를 초고온으로 가열하고 유지하는 것이 관건이다.

세계 각국에서 관련 연구를 진행 중인데, 우리나라는 2008년 초전도 핵융합연구장치 KSTAR를 이용, 최초로 플라즈마 발생에 성공했고 2018년에 처음으로 이온온도 1억도를 달성했다. 지난해까지 이를 30초까지 늘려왔다. 중장기적인 핵융합연 목표는 2026년 1억도 플라즈마 300초 달성이다. 300초는 제반 시설이 뒷받침할 경우 24시간 운전이 가능함을 보이는 분수령이다.

근래 중국에서 1억2000만도 초고온 플라즈마를 1000초 이상 유지하는 등 뛰어난 기록이 나오고 있는데, 이는 이온이 아닌 전자를 가열한 것으로 KSTAR 기록과는 단순비교가 불가능하다. 전자 온도를 올리는 것이 장시간 운전에 필요한 것이 사실이만, 핵융합에 실제 활용되는 것은 이온 가열이다. 이온 기준으로는 핵융합연 KSTAR가 가장 뛰어난 성과를 내고 있다.

올해 실험은 내달 시작해 7월 마무리 지을 예정이다. 1억도 초고온 플라즈마 50초 달성 외에도 지난해 91초였던 5000만~6000만도 수준 고성능 플라즈마 운전모드(H-모드) 유지시간은 100초를 목표로 한다.

가열장치 용량 확대가 목표 달성에 큰 역할을 할 것으로 보인다. 2019년 설치한 '중성입자빔 가열장치(NBI)-2'의 경우 풀스펙이 5메가와트(㎿)인 반면에 지난해에는 1.5㎿만 발휘할 수 있었다. 올해부터는 풀스펙 활용이 가능해졌다.

핵융합연은 올해 실험에서 또 다른 시도에도 나선다. '플라즈마 붕괴' 완화 연구를 진행한다. 플라즈마는 붕괴돼 흩어지는 과정에서 장치에 손상을 가할 수 있어, 이를 제어하는 것이 중요하다. 사전에 붕괴현상을 파악하고, 단기간에 플라즈마를 식히는 과정이 이어져야 한다. 핵융합연은 국제 공동 핵융합 프로젝트인 '국제핵융합실험로(ITER)' 사업을 수주 받아 이번 연구에 나선다.

플라즈마 경계면 압력 변화에 따른 불안정 현상(ELM)을 억제하는 기술 연구도 함께 이뤄진다. 자체 개발한 ELM 능동 탐지 및 실시간 억제 알고리즘을 올해 실제 운전 실험에서 검증한다.

윤시우 핵융합연 KSTAR 연구본부장은 “올해에도 예년처럼 열심히 실험에 임하기 위해 준비 중”이라며 “좋은 성과를 낼 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.

김영준기자 kyj85@etnews.com