핵융합연, 초고온 플라즈마로부터 핵융합로 보호할 차폐블록 개발

국제핵융합실험로 ITER 블랑켓 차폐블록 초도품 국내 제작 성공

ITER한국사업단 블랑켓기술팀 김사웅(사진 왼쪽 첫번째) 팀장과 정시군(〃두번째) 연구원, 박병일(〃세번째) 연구원이 블랑켓 차폐블록 초도품을 놓고 기념촬영을 하고 있다. 사진제공=국가핵융합연구소

1억도 이상의 초고온 플라즈마와 중성자로부터 핵융합로를 보호할 ‘방패’에 해당하는 국제핵융합실험로(ITER) ‘블랑켓 차폐블록’의 첫 번째 완성품이 국내에서 제작됐다.

국가핵융합연구소는 핵융합에너지 개발을 위한 국제 공동 연구개발 프로젝트인 국제핵융합실험로(ITER) 건설을 위해 우리나라에서 담당하고 있는 핵심품목중 하나인 블랑켓 차폐블록(ITER Blanket Shield Block)의 초도품 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

‘ITER 블랑켓 차폐블록(ITER Blanket Shield Block)’은 초고온 플라즈마 및 핵융합 반응의 결과물인 중성자로부터 ITER 주요장치를 보호하는 차폐 구조물로, 플라즈마가 만들어지는 진공용기 내벽을 둘러싸도록 퍼즐처럼 연결·설치된다. ITER에는 총 440개의 블랑켓 차폐블록이 설치될 예정이며 우리나라는 이 중 220개의 조달을 담당하고 있다.

이번 성과는 ITER국제기구에서 요구하는 품질 기준을 충족할 수 있는 블랑켓 차폐블록 제작에 필요한 설계, 제작, 시험 등 모든 과정에 대한 기술적 이슈를 해결하고 양산시스템을 성공적으로 구축하였다는 데에 의미가 있다.

국내 연구진들은 극한 환경을 견딜 수 있는 블랑켓 차폐블록 제작을 위해 ITER에서 선정한 특수 스테인리스 스틸(Stainless Steel)을 개발했고 차폐블록의 안쪽은 플라즈마 형상을 고려하고 바깥쪽은 진공용기에 밀착할 수 있도록 모든 코일과 배관을 고려해 복잡한 형상의 제작 설계를 완성했다.



제작 단계에서는 대형의 난삭(難削) 재료를 복잡한 형상으로 정교하게 가공할 수 있는 기술을 개발했다. 특히 높이 1m, 폭 1.4m, 두께 0.4m 정도의 차폐블록 하나에는 무려 220회 가량의 드릴링(drilling)을 통해 냉각수 통로를 만들어야 하는데, 원활한 냉각수의 흐름을 위해서는 단 한 번의 드릴링(drilling) 만으로 1.4m 길이의 홀(hole)을 한 치의 오차도 없이 관통시켜야 한다. 연구진들은 국내 산업체와 협력해 초기의 수많은 시행착오를 바탕으로 최적의 가공법을 찾을 수 있었다.

이렇게 제작된 블랑켓 차폐블록은 모든 용접부를 완벽하게 검사할 수 있도록 개발된 비파괴검사를 통과했고 세계 최초로 개발된 초대형 고온헬륨누설시험 설비를 이용해 실제 ITER 운전 환경과 유사한 고온, 고진공 조건에서 성능 테스트를 마침으로써 모든 기술적 요건을 충족하는 성능을 검증할 수 있었다.

ITER한국사업단은 블랑켓 차폐블록 개발을 위해 국내 산업체인 이엠코리아 및 비츠로테크와 협력해 왔고 2025년까지 우리나라가 담당한 220개의 차폐 블록을 성공적으로 제작해 조달을 완료할 계획이다.

핵융합연 정기정 ITER한국사업단장은 “국내 산업체와 협력해 여러 기술적 한계를 극복한 끝에 ITER 블랑켓 차폐블록의 개발에 성공할 수 있었다”며 “앞으로도 ITER 조달품 개발을 통해 미래 핵융합 상용화 기술 확보와 국내 산업체의 역량 강화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

/대전=박희윤기자 [e-mail]