26일 '2012 KSTAR 플라즈마 실험결과' 발표…이후 상용 기술 확보 기대

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 장시간 운전을 위한 첫 발을 내딛었다. 교육과학기술부(장관 이주호)와 국가핵융합연구소(소장 권면)는 26일 '2012 KSTAR 플라즈마 실험결과'를 발표했다.

올해의 가장 핵심적인 KSTAR 실험 성과는 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마를 17초 간(플라즈마 전류 : 600kA) 안정적으로 유지해 핵융합에너지 상용화에 필수적인 '장시간 운전'을 위한 첫 발을 내딛었다는 것이다.

이 결과는 올해 KSTAR 실험목표(H-모드: 600kA / 10초)와 비 초전도 핵융합장치들의 일반적인 H-모드 운전시간의 한계인 10초 벽을 돌파한 것으로, 우리나라가 핵융합 장치의 장시간 운전기술 분야에서 주도적인 위치를 확보하게 됐다는 점에서 큰 의미가 있다.

고성능 운전모드인 H-모드는 토카막 형 핵융합장치를 운전할 때 특정 조건 하에서 플라즈마를 가두는 성능이 약 2배로 증가하는 현상으로, 지난 1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정되어 알려졌다. 초전도 핵융합장치 중에서는 KSTAR가 2010년 최초로 H-모드를 달성했다. 현재 ITER 장치 역시 H-모드를 기본 운전 모드로 계획하고 있다.

KSTAR는 그 동안 불안정한 플라즈마의 움직임 때문에 H-모드를 장시간 유지하기 어려웠던 문제를 안고 있었다. 이를 해결하기 위해 올해부터 초전도 자석을 이용한 실시간 플라즈마 형상제어 기술 등 한층 개선된 제어기술을 적용했다. 5000만 도에 달하는 고온의 플라즈마와 진공 용기 벽 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 KSTAR에 적용된 제어기술의 핵심이다. 핵융합 플라즈마 운전 안정성 측면에서도 중요한 성과가 있었다.

올해 KSTAR 실험에서 플라즈마의 '압력비(β = (플라즈마 압력/토로이달 자장))'를 이론상 한계(2.5 이상)까지 높이는 데 성공, 향후 경제성 있는 한국형 핵융합실증로(K-DEMO)의 설계 및 운전조건 개발에 KSTAR가 효과적으로 활용될 수 있음을 보여주었다.

KSTAR는 안정화 장치를 추가하여 보다 높은 압력으로 운전 영역을 확대해 나갈 계획이다. 뿐만 아니라 올해 KSTAR 실험에서는 핵융합로의 고온 플라즈마 경계면에서의 큰 압력 변화 때문에 플라즈마가 불안정해지는 '플라즈마 경계면 불안정 현상(이하 ELM)' 해결에 관한 새로운 실마리도 제공했다.

지난 해 세계 최초로 ELM 현상을 완벽하게 제어한데 이어서 금년에는 포스텍과 공동으로 개발·설치한 2차원 첨단 전자영상 진단장치(ECEI) 두 대를 이용해 세계 최초로 ELM 발생과 제어 전 과정의 물리현상을 3차원적으로 측정·분석하는데 성공, 핵융합 플라즈마의 불안정성과 관련된 물리현상 규명을 기대하고 있다.

ELM 현상은 자기밀폐형(Magnetic Confinement) 핵융합장치에서 고온 플라즈마 경계 면의 큰 압력 변화 때문에 발생하는 불안정 현상의 하나로, 이번 성공은 핵융합장치의 안정적 운전 기술 개발에 크게 기여할 것으로 평가되고 있다.

이근재 교과부 기초연구정책관은 "KSTAR의 우수한 연구성과는 우리나라가 핵융합에너지 상용화 기술 확보에서 선도국이 되는데 크게 기여할 것으로 전망된다"고 밝혔다.

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