'한국의 인공태양' 초전도핵융합장치 KSTAR가 내벽 부품 교체 후 진행한 첫 번째 플라즈마 실험에서 기존 기록을 경신했다. 세계 최고 역량을 재차 증명했다.
한국핵융합에너지연구원(원장 유석재) KSTAR 연구본부는 지난해 12월부터 지난달까지 진행한 플라즈마 실험에서 핵융합 핵심 조건인 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 48초 운전, 고온·고밀도 플라즈마를 유지하는 고성능 플라즈마 운전모드(H-모드) 102초 운전 기록을 달성했다고 20일 밝혔다.
핵융합에너지를 실현하려면 핵융합 반응이 일어나는 초고온·고밀도 플라즈마를 장시간 유지할 수 있어야 한다.
국내 기술로 개발한 KSTAR는 핵융합 플라즈마 장시간 운전 기술 분야에서 선도적인 성과를 보였다. 2018년 최초로 이온온도 1억도 플라즈마 달성 후 2021년 이를 30초 유지하며 세계 기록을 달성했다.
이번 실험에서는 가열장치 성능 향상 등을 기반으로 이번에 더 높은 성과를 거뒀다.
지난해 KSTAR 내 플라즈마 대면 장치인 디버터를 텅스텐 소재로 교체, 장시간 운전에 따른 성능 감소 현상을 완화해 플라즈마 성능을 유지할 수 있게 된 덕분이다.
기존 탄소 디버터 대비 표면 온도 증가가 약 4분의 1 수준으로, 초고온 플라즈마 장시간 운전에 유리하다. 다만 플라즈마 접촉시 불순물 생성으로 에너지 손실 어려움도 있다. 이를 극복하는 운전 기술이 요구된다.
윤시우 KSTAR연구본부장은 “텅스텐 디버터 환경 첫 실험임에도 불구, 기존 성과를 뛰어넘는 결과를 단시간 내 달성할 수 있었다”며 “가열 및 전류구동 장치 성능 향상을 순차적으로 진행하고, 장시간 플라즈마 운전에 요구되는 핵심기술을 확보할 계획”이라고 전했다.
KSTAR 최종 목표는 2026년까지 1억도 초고온 플라즈마 운전 300초를 달성하는 것이다. 이를 위해 KSTAR 내벽 부품 전체를 텅스텐으로 교체하고, 인공지능(AI) 기반 실시간 피드백 제어 기술을 확보하는 데 집중할 계획이다.
유석재 원장은 “이번 성과로 핵융합 실증로 운전에 필요한 핵심기술 확보에 청신호가 켜졌다”며 “KSTAR 장치의 안정적 운영을 바탕으로 국제핵융합실험로 ITER 실험 주도와 핵융합 실증로 건설 및 운전 핵심기술 확보를 위해 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
한편, KSTAR 연구진은 이번 플라즈마 실험 성과 외에도 최근 미국 프린스턴 플라즈마 물리연구소(PPPL)와 공동연구를 통해 KSTAR 외부 자기장을 이용한 오차 자기장 최적화 모델을 개발하고, 플라즈마 가장자리와 중심 부분 불안정성을 동시에 안정화시킬 수 있는 방안을 실험으로 입증했다. 관련 논문은 네이처 커뮤니케이션즈(2월)에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
