한국의 인공태양 초전도핵융합연구장치 KSTAR가 고성능 플라즈마 운전모드 세계 최장 기록 70초를 달성하는 한편, 미래 핵융합발전소에 필요한 차세대 핵융합로 운전 모드를 발견하는 등 2016년 실험을 통한 굵직한 연구성과들을 발표하였습니다.

 고성능 플라즈마 운전모드(H-Mode)란, High Confinement mode의 약자로 핵융합 반응이 매우 잘 일어날 수 있는 고성능의 플라즈마가 자기장에 의해 잘 가두어져 열이 밖으로 빠져나가지 않고 토카막 장치 안에서 안정적으로 유지되고 있는 상태를 말합니다.

 이처럼 고성능 플라즈마를 장시간 유지하는 것은 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심 과제로, KSTAR는 2009년 본격적인 가동 이후 플라즈마 운전기술 개발을 위한 고성능 플라즈마 운전 연구를 중점적으로 수행해 왔습니다.

 그 결과, 2010년 초전도핵융합장치 세계 최초로 H-Mode를 달성한 이래 매년 세계 최장 기록을 갱신하며 KSTAR 장치의 우수성을 널리 알려왔습니다.

 올해에도 역시 지난해 KSTAR가 달성한 55초 최장기록을 뛰어넘는 70초 기록을 보여주며 전 세계 토카막 장치 중에서 유일하게 고성능 플라즈마 상태를 1분 이상으로 유지하는 데 성공했습니다. 플라즈마 운전 시간이 종전의 ‘초’ 기준에서 ‘분’ 단위로 넘어가는 역사적인 성과를 KSTAR가 이룬 것입니다.

 또 한가지, KSTAR는 올해 실험을 통해 플라즈마 가둠 성능을 더욱 획기적으로 높일 수 있는 차세대 핵융합로 운전 모드 개발에 대한 가능성도 보여주어 전 세계 핵융합 연구자들을 놀라게 했습니다.

 새로운 운전모드의 이름은 내부수송장벽 운전 모드로, 초전도 핵융합장치 중 최초로 구현에 성공했습니다. 기존의 H-Mode에서는 플라즈마의 가장자리 경계면에서 높은 온도차 때문에 경계면 불안정 현상(ELM)이라고 하는 플라즈마 가둠을 방해하는 현상이 나타났습니다. 하지만 ITB 모드는 플라즈마의 중심부 온도는 더욱 높아 핵융합 반응이 H-Mode보다 더욱 활발하게 일어날 가능성이 큰 반면, 가장자리는 ELM 현상이 일어나지 않아 더욱 플라즈마를 효율적으로 제어할 수 있는 운전 모드입니다.

(좌) 기존 H-Mode 온도 분포도 (파란색 동그라미 부분에서 ELM 현상 발생)

(우) 새로운 ITB Mode 온도 분포도 (H-Mode에 비해 중심부의 온도가 훨씬 높은 것을 볼 수 있다.)

 KSTAR 연구센터 오영국 부센터장은 “KSTAR가 ITB 운전에 성공하면서, 향후 핵융합발전소에 필요한 운전모드를 실현할 수 있는 새로운 단계의 핵융합로 운전 기술 연구가 가능해졌다.”고 성과에 대해 설명하였습니다.

 미래에 핵융합로의 연속 플라즈마 운전을 위해 차세대 운전 모드 개발의 중요성이 더욱 높아지는 가운데, KSTAR가 최초로 ITB 운전에 성공하면서 핵융합로 운전 모드 개발에 핵심 역할을 수행할 수 있음을 확인한 것입니다.

 이와 같은 성과들은 지난 10월 일본에서 열린 세계 핵융합학회인 “IAEA 핵융합에너지컨퍼런스(FEC)” 및 11월 미국 물리학회 등을 통해 전 세계 핵융합에너지 연구자들에게 소개되어 KSTAR 장치가 기존의 핵융합 장치를 능가하는 뛰어난 물리적 성과를 보여주고 있다는 평가를 받기도 했습니다.

 핵융합(연) 김기만 소장은 “KSTAR를 중심으로 한 국내 핵융합 연구 성과는 세계적으로 인정받는 높은 수준에 도달해있다.”며, “보다 선도적인 연구를 이어가기 위해 국내 뿐 아니라 해외 핵융합연구자들이 대거 KSTAR 연구에 참여할 수 있도록 국제공동연구 환경 조성에 힘쓰겠다.”고 밝혔습니다.

 국가핵융합연구소는 올해 달성한 우수한 성과를 기반으로 내년 실험에서도 고성능 플라즈마 장시간 운전 목표 달성과 함께 차세대 운전 모드인 ITB모드를 더욱 발전시켜 핵융합 상용화를 위해 꼭 필요한 운전 시나리오 개발에 박차를 가할 예정입니다.

 핵융합에너지의 상용화 및 우리나라 과학기술 발전을 응원해 주시는 국민 여러분들의 염원을 담아 앞으로도 우리나라의 연구 성과가 곧 세계 최고의 성과가 되도록 더욱 노력하겠습니다.

https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/620

ITER에 필요한 모든 기술과 난제들을 KSTAR가 풀고 실현했기 때문. 따라서 ITER의 모든 실무 연구 그룹은 대한민국 KSTAR 연구진의 指導를 받는다.

따라서 대한민국은 각종 주요 부품, 장비의 최초 개발과 제조, 초도 납품을 담당, 참여국가들 중 유일하게 분담금을 뛰어넘는 돈을 벌고 있으며, 이사회 의장, 기술담당 본부장, 건설담당 본부장, 운전제어담당 본부장에 한국인이 선출되어 있는 것이다.

대한민국 기업 mobiis는 KSTAR의 중앙제어장치를 제조한 기업.

따라서 ITER의 정상 상태 중앙 제어(CES), 비정상 상태 중앙 제어(CIS), 비정상 상태 작업자 제어 시스템(CSS)의 개발을 단독으로 맡고 있다.