KSTAR, ITER 초기 운전 위한 핵심 기술 확보

ITER 운전 조건 구현과 장시간 플라즈마 불안정성 제거 최초 성공

국가핵융합연구소가 운영중인 초전도핵융합장치인 KSTAR. 사진제공=국가핵융합연구소

한국의 인공태양이라 불리는 초전도핵융합장치 KSTAR가 국제 공동으로 개발하고 있는 국제핵융합실험로(ITER)의 초기 운전 단계 성공을 위한 핵심 기술 개발에 성공했다.

국가핵융합연구소는 KSTAR가 세계 핵융합 장치중 최초로 ITER 기준 운전 조건아래에서 플라즈마 경계영역 불안정 현상(ELM)의 장시간 제어에 성공하면서 미래 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술 확보에 한 발 앞서게 됐다고 12일 밝혔다.

핵융합에너지의 상용화 연구를 위해 국제 공동으로 건설중인 ITER는 장치 완공 후 본격적인 핵융합 연구에 들어가기 위해 초기 운전단계에서 달성해야 하는 플라즈마 운전 조건들이 있다. 플라즈마 모양, 플라즈마 성능, 플라즈마 유지시간, 그리고 플라즈마 경계면 불안정성(ELM)의 제거 등 4가지 조건이다. 이를 모두 충족하는 플라즈마 운전인 ‘ITER 기준 운전 시나리오(ITER Baseline Scenario)’를 구현할 때 ITER의 운전목표인 에너지 증폭율(Q) 10을 달성할 수 있는 운전기술 확보가 가능해진다.

이에 세계 주요 핵융합 장치들은 ITER의 성공적인 초기 운전 달성을 위해 최적의 운전 조건을 찾는 장치 운전 기술 개발 연구를 활발히 수행해왔다. 하지만 지금까지 다른 핵융합 장치들은 ITER 초기 운전에 필요한 4가지 조건 중 ELM 제어와 장시간 운전 조건을 다른 2가지 조건과 동시에 충족하지 못하는 한계가 있었다.

KSTAR는 올해 플라즈마 실험에서 ITER에서 요구하는 플라즈마 형상과 성능 조건 하에서 34초간 ELM을 완벽하게 제어하는데 성공하면서 핵융합 장치 중 최초로 ITER에 적용되는 운전 조건 4가지를 모두 충족하는 핵융합로 운전 기술을 확보하게 됐다.



기존의 핵융합 장치들이 ITER 운전 조건에서 3~4초에 불과한 짧은 시간에만 ELM을 제어할 수 있었던 것과 비교하면 KSTAR는 10배 정도 ELM 제어 기술 능력을 높이게 된 것이다.

KSTAR연구센터 오영국 부센터장은 “이 같은 핵융합로 운전 기술의 개발은 최적의 핵융합로 운전 조건을 찾기 위한 연구로 향후 ITER 뿐 아니라 핵융합발전소 운영을 위해 반드시 필요한 핵심 기술”이라며 “이번 연구 성과로 ITER의 가동 이전에 개발되어야 하는 핵융합로 운전 기술이 KSTAR에서 더욱 활발히 연구될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

김기만 핵융합연 소장은 “KSTAR는 향후 핵융합로 운전 기술 개발에 필요한 높은 플라즈마 성능과 긴 유지시간을 동시에 달성하는 실험이 가능한 유일한 장치”라며 “장치 성능 향상 작업과 함께 우수연구자 확보로 연구결과 해석 및 분석 분야의 역량을 더하게 되면 미래 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술 확보에 가장 앞장설 수 있게 될 것”이라고 밝혔다.

/대전=박희윤기자 [e-mail]