한국 인공태양 플라즈마 실험 2만회 성공…핵융합연구 ‘탄력’

핵융합硏, ‘KSTAR’ 완공 후 10년간 올해엔 플라즈마 100초 운전 도전 기술기획자문위원회도 본격 운영

2018-09-10     조강희 기자

[한국에너지신문] 국가핵융합연구소(소장 유석재)는 한국의 인공태양이라 불리는 초전도핵융합연구장치(KSTAR)가 플라즈마 발생 실험 2만 회를 기록했다고 지난 5일 밝혔다.

2만 회는 10년간 축적할 수 있는 실험 횟수다. 장치 성능향상 작업과 유지보수를 체계적이고 지속적으로 해야 가능하다.

KSTAR는 인류 미래 에너지원으로 주목받는 핵융합에너지의 상용화를 위해 국내에서 1995년부터 개발한 핵융합장치다. 2007년 장치 완공 후 2008년 최초 플라즈마 발생에 성공해 지난 10년간 다양한 핵융합 연구가 진행됐다.

원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직여 물질의 4번째 상태로 불리는 플라즈마 상태에서는 핵융합 반응이 발생한다.

따라서 핵융합장치 내 핵융합이 일어날 수 있도록 플라즈마를 연속적으로 운전하는 것은 핵융합 연구의 핵심 과제다. 연속 운전은 핵융합 상용화 가능성을 높여주는 하나의 지표다.

KSTAR는 지난 2010년 초전도핵융합장치 중 세계 최초 고성능 플라즈마 운전에 성공했다. 2011년에는 핵융합 연구의 난제로 꼽히는 핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)을 초전도 토카막 조건에서 제어했다.

토카막은 플라즈마를 자기장으로 가두는 상태를 말한다. 2017년에는 국제핵융합실험로(ITER) 운전에 필요한 조건 하에서 34초간 플라즈마 경계면 불안정 현상을 완벽하게 조절했다.

올해에는 플라즈마 온도를 높이고자 ‘중성입자빔 가열장치’ 시운전을 시작해 플라즈마 100초 운전에 도전한다.

윤시우 핵융합연구소 KSTAR연구센터장은 “2만 회의 실험을 진행하는 동안 세계 핵융합 연구의 중심장치로서 신뢰를 높여가고 있다”며 “플라즈마 100초 운전에 성공하면 플라즈마 운전에서 중요한 대부분의 물리현상을 규명하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

■ 제2 도약 실현을 위한 핵융합 연구기획 추진체계 마련

한편, 연구소는 핵융합·플라즈마 연구개발의 핵심추진분야에 대한 연구개발 기획 및 발전전략 수립을 위해, 분야별 전문가로 구성된 기술기획자문위원회를 운영한다.

초전도핵융합연구장치 KSTAR 업그레이드와 핵융합실증로 공학, 플라즈마 소각 등 3개 핵심추진분야에 대한 자문위원회는 전문가 30여 명으로 구성된다. 이들은 각 분야의 발전전략 수립을 위한 환경분석, 추진전략, 세부실행계획을 수립할 계획이다.

업그레이드 분과는 KSTAR의 장치 업그레이드 전략 및 실천 과제 도출 방안을 논의한다. ‘핵융합실증로 공학 분과’는 실제 핵융합으로 전기를 생산하는 단계인 핵융합실증로 개발을 위한 설계 연구단지 구상 방향을, ‘플라즈마 소각 분과’는 플라즈마를 활용한 친환경 폐기물 고온 소각 방법에 대한 연구 방향 등을 논의한다.

연구원은 업그레이드 분과의 첫 번째 회의를 지난달 24일 열었다. 향후 핵융합실증로 공학, 플라즈마 소각 분야도 위원회 회의를 연다.

유석재 핵융합연구소장은 “기술기획자문위원회 운영이 핵융합연구의 국제적인 선도, 미래를 위한 준비뿐만 아니라, 국민 생활 문제에 대한 연구소의 방향도 제시해줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.