더 강력한 '갑옷' 입고 돌아온 한국의 인공태양, 실험 가동

한국핵융합에너지연구원, KSTAR 플라즈마 실험 시작

'한국의 인공태양'이라 불리는 핵융합로 KSTAR 전경 /사진=핵융합연

지난해 핵융합로 핵심 부품인 텅스텐 디버터를 설치하는 데까지 성공한 한국핵융합에너지연구원(핵융합연)이 새 핵융합로로 플라즈마 실험을 시작한다.

핵융합연은 텅스텐 디버터 환경에서 고온·고밀도·고전류 플라즈마 운전 기술을 확보하기 위한 플라즈마 실험을 시작했다고 11일 밝혔다. 지난해 한국형 핵융합로 'KSTAR(케이스타)'의 디버터를 고성능 텅스턴 디버터로 교체한 후 처음 수행하는 플라즈마 실험이다.

'인공태양'으로 불리는 핵융합은 1억도가 넘는 초고온 플라즈마를 발생시켜 전력을 생산하는 에너지 기술이다. 디버터는 핵융합로 내부에서 뜨거운 플라즈마와 바로 맞닿는 부분으로, 가장 강한 열을 견뎌내는 장치다. 초고온 플라즈마에서 발생하는 열부하를 줄여 진공용기의 손상을 막고, 용기 내부 불순물을 제거하는 역할을 한다.

초고온을 견뎌내야하는 만큼 디버터의 소재가 가장 중요하다. 핵융합연은 2021년, 녹는점이 금속 중 가장 높아 플라즈마 열도 견딜 수 있는 재료인 텅스텐으로 디버터를 만드는 데 성공했다.

핵융합연 연구원이 핵융합로 KSTAR의 내부를 정밀하게 들여다 보고 있다. /사진=핵융합연

이를 적용한 KSTAR는 올해 실험을 기점으로 본격적인 핵융합 실증로용 플라즈마 운전 시나리오를 세우기 위해 물리 실험에 돌입한다. 고온·고밀도·고전류 환경에서 플라즈마를 얼마나 유지할 수 있는지 확인하고, 이를 방해하는 불안정 현상을 규명할 예정이다.

핵융합연은 "실증로에 적용할 수 있도록 특히 텅스텐 불순물 제어 연구를 중점적으로 진행할 것"이라고 했다. 내년 2월까지 △텅스텐 불순물 발생 억제 △자기장 제어를 통한 텅스텐 불순물 방어 △가열장치를 이용한 불순물 배출 등의 실험이 예정돼 있다.

향후 주요 연구 주제별로 워킹그룹 6개를 구성해 미국, 프랑스, 일본, 중국 등 국내외 핵융합 연구기관과 협력할 계획이다.

오영국 핵융합연 원장은 "텅스텐 환경의 기술적 과제를 해결하고 추가적인 장치 성능을 높여 선도적 연구를 수행할 수 있도록 하겠다"고 밝혔다.