인공태양 1억도 KSTAR 20초 성공

 

 

한국핵융합에너지연구원 제공

 

국내 핵융합 연구진이 하늘아래 인공태양을 만들기 위한 또 한 번의 발걸음을 내디뎠습니다. '한국의 인공태양' KSTAR가 1억℃ 초고온 플라스마를 20초간 유지하면서 차세대 미래 에너지로 각광받는 핵융합 기술에서 한국이 한 발 앞서게 되었습니다.

한국 핵융합에너지연구원은 "초전도 핵융합연구장치 'KSTAR'를 이용한 플라스마 실험에서 핵융합 핵심 조건인 1억℃ 초고온 플라스마를 20초 이상 연속 운전하는 데 성공했다"라고 밝혔습니다. 플라스마는 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질 상태입니다. 초고온의 플라스마가 있어야만 핵융합이 가능합니다.

KSTAR센터의 최종 운전 목표는 2025년까지 1억℃ 초고온 플라즈마의 300초 연속운전을 달성하는 것입니다. 300초 연속운전은 플라스마의 불안정을 모두 제어하면서 핵융합장치를 안정적으로 가동해 핵융합에너지를 얻어낼 수 있다는 뜻입니다.

KSTAR는 2018년 최초로 이온온도 1억℃의 플라스마를 1.5초 가동에 성공한 이후, 매년 세계 기록을 경신하고 있습니다. 이번 결과는 지난해 세계 최고 운전 기록인 8초를 2배 이상 연장한 성과입니다.

핵융합은 태양이 빛과 열을 내는 원리입니다. 지구에서 실현하려면 자연에는 존재하지 않는 1억 도를 인공적으로 만들어 일정 시간 유지해야 합니다.

 

유럽과 일본 등의 연구진은 1억℃ 유지 시간을 10초 이상 늘리지 못했습니다. 이는 다른 장치의 한계와 핵융합로 내 안정적으로 초고온 플라스마를 장시간 유지할 수 있는 운전기술을 확보하지 못했기 때문입니다.

 

그러나 이번에 한국 연구진이 이를 훌쩍 넘는 20초를 달성했습니다. 연구진은 초고온 플라즈마를 일정한 공간에 가두는 일종의 에너지 장벽을 만들어 온도 유지 시간을 늘렸다고 밝혔습니다.

한국핵융합에너지연구원 제공

 

세계가 핵융합 연구에 집중하는 이유는 에너지량이 엄청나서입니다. 

핵융합 발전을 위한 100㎏의 중수소와 3t의 리튬으로 300만t의 석탄과 맞먹는 에너지를 낼 수 있습니다. 원자력 발전과 비교해도 에너지 효율이 7배나 높습니다.

 

게다가 핵융합로에선 비교적 안전 관리가 용이한 중저준위 폐기물만 발생합니다. 강한 방사능 때문에 수만 년 이상 깊은 지하에 보관해야 하는 고준위 폐기물 걱정을 안 해도 됩니다.

 

연구진은 1억도 플라스마 유지 시간을 오는 2025년까지 5분으로 늘려 기술의 완성도를 끌어올릴 계획입니다.

유석재 핵융합에너지연구원장은 “목표가 달성되면 365일 지속적인 운전이 가능하다는 의미”라고 말했습니다. 세계 과학계에선 한국과 미국, 유럽, 러시아 등이 참여해 프랑스에 건설 중인 국제 핵융합 실험로(ITER)가 완공돼 2025년부터 기술 검증이 시작되면 2050년대 이후 핵융합 상용화 시대가 열릴 것으로 기대하고 있습니다.

 

KSTAR는 이번 실험에서 지난해 달성한 차세대 플라즈마 운전 모드 중 하나인 내부수송장벽(ITB) 모드의 성능을 향상시키는 노력을 통해, 기존 초고온 플라스마 운전의 한계를 넘어 장시간 플라스마를 유지하는 데 성공할 수 있었습니다.

KSTAR는 장치운전을 지난 8월부터 시작해 오는 12월 10일까지 지속해 장시간 운전과 플라즈마 붕괴 완화 실험 등 총 110건의 실험을 진행하게 됩니다. 연구진은 핵융합 난제 해결을 위한 다양한 주제의 실험을 남은 실험기간 동안 진행하면서 추가 성과를 얻어낼 수 있을 것으로 기대합니다.

 

한편, 한편 핵융합에너지는 1990년대부터 유럽과 미국, 일본 등을 중심으로 상용화 하기 위한 연구가 활발히 진행되었습니다. 한국은 후발주자였지만 2007년 KSTAR를 완공한 이후 국내 연구역량을 세계적으로 인정받았습니다. 이후 핵융합 선진 7개국으로 구성된 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트에 상당한 기여를 해오고 있습니다.

2025년 ITER 완공후 본격적인 실험을 통해 핵융합 상용화에 필요한 공학 기술의 검증이 이뤄질 예정입니다. 연구진은 이후 2040년대 핵융합 실증로를 건설하고, 2050년대 핵융합을 이용한 전기 생산을 실증하게 되면, 상용로 건설이 가능하다고 보고 있습니다.