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한국형 인공태양 KSTAR, 1억도 플라즈마 8초 성공

핵융합연, 각국 핵융합장치 중 최고 기록 달성


한국형 인공태양 KSTAR 1억도 초고온 플라즈마 8초 달성 영상.<영상= 국가핵융합연구소>

한국형 인공태양 KSTAR(한국형초전도핵융합연구장치)가 1억도 초고온 플라즈마를 8초간 유지하는데 성공, 핵융합 연구의 새로운 역사를 썼다. 1억도 수준의 초고온 플라즈마를 5초이상 유지하는데 성공한 것은 KSTAR가 처음이다.

국가핵융합연구소(소장 유석재)는 지난해 8월부터 올해 2월말까지 진행한 2019년 KSTAR 플라즈마 실험에서 핵융합 핵심조건인 1억도 수준의 초고온 플라즈마 운전(유지구간 평균 온도 9700만도)을 8초 이상 유지하는데 성공했다고 16일 밝혔다.

KSTAR는 국내에서 개발한 초전도핵융합연구장치로 2018년 실험에서 태양 중심온도(1500만도)의 7배에 달하는 1억도 초고온 플라즈마 운전(유지시간 1.5초)에 처음으로 성공했다. 2019년 실험에서는 초고온 플라즈마 유지시간을 5배이상 연장하는데 성공한 것이다.

인공태양은 초고온, 고밀도 상태인 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 구현하는 것이다. 핵융합로 안에 연료인 중수소와 삼중수소를 넣어 이온핵과 전자로 분리된 플라즈마 상태를 만든다. 이어 핵반응의 주체인 이온온도를 1억도 이상 초고온으로 가열해 플라즈마를 오랫동안 안정적으로 유지하는 것이 핵융합에너지 상용화의 핵심기술이다.

초고온 플라즈마 상태에 도달하기 위해서는 충분한 가열장치가 필수다. 또 이를 지속해서 유지하기 위해서는 안정적인 운전모드 개발이 필요하다.

핵융합연에 의하면 KSTAR는 차세대 플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽 (Internal Transport Barrier, ITB)모드를 플라즈마 형상과 밀도 제어로 안정적으로 구현, 초고온 상태를 장시간 유지하는데 성공할 수 있었다. 또 중성입자빔가열장치 등 KSTAR 가열장치의 효율을 높일 수 있도록 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술 적용으로 가능했다.

KSTAR 실험결과는 오는 10월 프랑스에서 열리는 핵융합 연구자들의 올림픽 격인 'IAEA 핵융합에너지 콘퍼런스(Fusion Energy Conference)'에서 전 세계 핵융합 연구자들에게 공개될 예정이다.

윤시우 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"며 연구의미를 설명했다.

유석재 소장은 "KSTAR 연구로 얻은 성과와 연구 역량은 국제공동으로 개발 중인 ITER 운전 단계에서 연구 주도권 확보에 기여할 뿐만 아니라, 향후 핵융합실증로 건설을 위한 핵심기술 확보로 이어진다"고 말했다.

한편 핵융합연은 오는 8월부터 진행될 실험에서는 가열장치의 추가 확보와 제어기술 개선으로 초전도 토카막의 초고온 운전모드 등 여러 고성능 운전모드 실험을 추진할 예정이다.

국가핵융합연구소는 한국형핵융합로 KSTAR이 1억도 초고온 플라즈마를 8초간 유지하는데 성공했다고 밝혔다. 사진은 KSTAR 주장치.<사진= 국가핵융합연구소> 국가핵융합연구소는 한국형핵융합로 KSTAR이 1억도 초고온 플라즈마를 8초간 유지하는데 성공했다고 밝혔다. 사진은 KSTAR 주장치.<사진= 국가핵융합연구소>



 
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