우리나라는 핵융합 연구의 후발국에 속하지만 빠르게 선진국과 나란히 핵융합 원천기술을 확보하고, 21세기 핵융합에너지 상용화를 선도하기 위해 가장 진보된 형태의 핵융합장치인 차세대초전도핵융합연구장치 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)를 국내기술로 개발·제작했다. 또 전세계 대체에너지 실현을 목표로 7개국이 참여해 개발 중인 ITER 프로젝트에서도 선도적 역할을 담당하고 있다.

◆KSTAR

KSTAR는 2007년 9월 건설 완공돼 종합 시운전을 거쳐 2008년 7월 최초 플라즈마 발생을 선언하고, 본격적인 운영단계에 들어섰다. KSTAR는 국제핵융합실험로 ITER의 약 25분의 1 규모로, ITER 완공 때까지 ITER 건설 및 운영에 필요한 기초실험 기술 자료를 상호보완적으로 제공하며, 한국형 핵융합실증로 건설에 필요한 독자적 연구를 수행하게 된다.

◆KSTAR 건설단계 연구 성과

△핵융합장치 건설 핵심기술 독자확보=우리나라는 설계, 개발, 제작까지 KST AR의 전 과정을 순수자체 기술로 개발했다. KSTAR 건설을 통해 세계 최고 성능의 초전도자석 제작기술을 보유하게 되는 등 건설기간 핵융합 관련 10대 원천기술을 획득하며, 단기간에 연구 주도국으로 성장할 수 있었다.

△국제핵융합실험로(ITER) 공동개발 합류=KSTAR 개발을 통해 핵융합기술의 우수성을 인정받은 우리나라는 핵융합 상용화 가능성을 최종 검증하게 되는 국제공동프로젝트인 ITER에 참여할 수 있게 됐다. 특히 KSTAR에 사용된 신소재 초전도체(Nb3Sn)는 ITER에 사용되는 것과 같은 것으로, 현재까지 모든 초전도 자석이 Nb3Sn으로 만들어진 핵융합 장치는 KSTAR가 유일하다. 때문에 KSTAR는 ITER의 축소판으로 불리며 ITER의 본격적인 운영 전에 사전 시험장치로 활용될 전망이다.

◆국제핵융합실험로 ITER 공동개발 사업

라틴어로 ‘길’을 뜻하는 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)는 국제협력 하에 핵융합발전 실험로를 건설하는 프로젝트로, 우리나라, EU, 일본, 러시아, 미국, 중국, 인도 등 7개국이 공동으로 참여하고 있다. ITER사업은 지난 40년간 세계 핵융합실험 장치들이 이루어 낸 실험결과들을 종합해 핵융합에너지 상용화를 공학적으로 점검하는 것으로 이후 실증로를 거쳐 상용화 발전이 가능하게 된다.

ITER의 최종 목표는 열출력 500㎿(한국표준원전 1/6 규모), 에너지 증폭율 10 이상, 연소시간 300~500초 이상을 달성하는 것으로, 현재 프랑스 카다라쉬에 건설되고 있다. ITER는 2019년 11월 완공, 2020년 최초 플라즈마 달성을 목표로, 세계적인 과학자들이 구슬땀을 흘리고 있다.

이한성 기자 hansoung@cctoday.co.kr

차세대초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’ 10대 기술 성과

① 세계 최초 성능의 초전도 도체 제작기술

② 초전도자석 설계·제작기술

③ 대형 초전도자석 극저온 시험기술

④ 대전류 송전시스템 설계·제작 기술

⑤ 대용량 진공 및 단열 차폐기술

⑥ 토카막 정밀 조립기술

⑦ 고효율 반도체형 전원공급장치 제작기술

⑧ 플라즈마 진단 및 장치 정밀제어기술

⑨ 초고온 플라즈마 가열기술

⑩ 극저온 헬륨설비 설계 및 운영기술

국제핵융합실험로 ‘ITER’ 조감도.

국가핵융합연구소 제공

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