핵융합연 KSTAR, 1억도 플라즈마 8초 운전 기록

[아이뉴스24 최상국 기자] 국가핵융합연구소(소장 유석재)는 최근 진행한 KSTAR 플라즈마 실험에서 1억도 수준의 초고온 플라즈마 운전을 8초간 유지하는 데 성공했다고 16일 발표했다.

1년 전 실험에서 1.5초 운전에 최초로 성공한 바 있는 핵융합연은 작년 8월부터 올해 2월말까지 진행된 이번 실험 기간동안 플라즈마 이온온도 1억도(평균 0.97억도)를 8초간 유지하는 데 성공했다. 지금까지 세계 모든 핵융합 연구장치에서 1억도 수준의 초고온 플라즈마를 5초 이상 유지하는 데 성공한 것은 이번이 처음이다.

KSTAR는 국내에서 개발한 초전도핵융합연구장치로 핵융합에너지의 상용화를 위한 초고온 플라즈마 실험 시설이다. 국제 공동으로 건설중인 ITER(국제핵융합실험로)의 약 25분의 1 규모로, 핵융합 상용화에 필요한 난제 해결을 위한 실험을 주로 수행하고 있다.

1억도는 태양 중심온도(1천500만도)의 약 7배에 달하는 초고온이다. 초고온, 고밀도 상태인 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 구현하기 위해서는 핵융합로 안에 연료(중수소, 삼중수소)를 넣어 이온 핵과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 만들고, 이온온도를 1억도 이상 초고온으로 가열해야 한다. 또한 핵융합 반응이 활발히 일어나도록 초고온 플라즈마를 오랫동안 안정적으로 유지하는 것이 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심기술이다.

핵융합연은 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술과, 차세대 플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽 (Internal Transport Barrier, ITB)모드를 안정적으로 구현해 초고온 상태를 장시간 유지하는 데 성공했다.

윤시우 핵융합연 KSTAR 연구센터장은 “이번 성과는 본격적인 초고온 운전 실험 단계에 들어선 KSTAR가 다른 장치에서 수행하기 어려운 초고온 플라즈마의 장시간 운전기술 개발에 선도적인 성과를 확보했다는 것을 보여준다.”라고 의미를 부여했다.

핵융합연은 이번 플라즈마 실험에서 1억도 운전 외에 고성능 운전시나리오 개발, 플라즈마 붕괴완화 실험 등 향후 건설될 ITER 및 핵융합로의 난제 해결을 위한 약 80여개 주제의 실험들을 수행했으며 이를 오는 10월 프랑스에서 개최될 'IAEA 핵융합에너지 콘퍼런스'에서 전 세계 핵융합 연구자들에게 공개할 예정이라고 밝혔다.

유석재 핵융합연구소장은 “KSTAR 연구로 얻은 성과와 연구 역량은 국제공동으로 개발 중인 ITER 운전 단계에서 연구 주도권 확보에 기여할 뿐만 아니라, 향후 핵융합실증로 건설을 위한 핵심기술 확보로 이어질 것”이라며, “미래 에너지 개발이라는 전 인류적 목표 달성을 위해 세계를 선도하는 도전적인 연구를 이어가겠다”라고 밝혔다.

KSTAR는 최종적으로 플라즈마 발생시간 300초, 플라즈마 온도 3억도, 전류 2MA, 자기장 3.5 테슬라를 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 이번 실험에서 자기장은 2.5테슬라, 플라즈마 전류는 0.6MA를 기록했다.

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