한국 ‘인공태양’ 10년간 2만번…KSTAR 플라스마 실험 2만회

▲ 국가핵융합연구소 직원들이 'KSTAR' 플라스마 발생 실험 2만 번 달성을 자축하고 있다. 핵융합연 제공

무한청정 에너지로 주목받는 '인공태양' 초전도 핵융합연구장치 KSTAR가 운영 10년 만에 플라스마 발생 실험 2만회를 기록했다.

5일 국가핵융합연구소에 따르면 전날 KSTAR는 2007년 장치 완공 이후 전체 플라스마 발생 실험 횟수가 2만번을 넘었다. KSTAR는 1995년부터 12년간 순수 국내 기술로 개발한 '토카막형' 핵융합 장치다.

2008년 최초 플라스마 발생에 성공한 후 매년 핵융합 상용화 기술 개발을 위한 플라스마 실험을 진행 중이다. 전 세계 핵융합 장치 중 신소재인 초전도(Nb3Sn) 자석을 적용한 것은 KSTAR가 첫 사례였다.

2010년에는 초전도핵융합장치 중 세계 최초로 고성능 플라스마 운전을 했다. 2011년에는 핵융합 연구의 최대 난제 중 하나로 꼽히는 핵융합 플라스마 경계면 불안정 현상(ELM)을 초전도 토카막 조건에서 제어했다.

플라스마 발생 초기 0.1초에 불과했던 지속시간도 끊임없는 연구 끝에 매년 증가했다. 2016년에는 세계 최초로 고성능 플라스마 지속시간 70초를 달성하면서 ‘마의 1분 벽’을 깼다. 지난해엔 국제핵융합실험로 ‘ITER’에서 요구하는 플라스마 형상과 성능 조건으로, 34초간 플라스마 경계면 불안정 현상을 완벽하게 제어하는 데 성공했다.

KSTAR 플라즈마 실험은 향후 ITER와 핵융합실증로에 필요한 운전 시나리로 개발을 위해 약 120개 실험주제를 바탕으로 한 2000여번의 실험이 계획돼 있다.

KSTAR를 독자적으로 개발·운영한 노하우는 적잖은 경제적 효과도 창출했다. 한국과 미국, EU 등 7개국이 2025년까지 공동 개발·건설하는 ITER 핵융합실증로 사업에 국내 연구진과 기업 등이 진출해 현재까지 5000억원에 이르는 경제적 효과를 창출했다.

KSTAR 플라즈마 연구 성과는 군사용 안테나 기술과 중성입자빔을 활용한 비파괴 투시검사 등 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 올해는 플라스마 온도를 올리기 위해 새롭게 추가된 ‘NBI-2’(중성입자빔 가열장치) 시운전을 시작했다. 이를 바탕으로 고성능 플라스마 100초 운전에 도전할 예정이다. 내년에는 추가 중성입자 빔 가열을 통해 1억도 플라스마 운전을 시도할 방침이다.

국가핵융합연구소 관계자는 “100초 운전 성공은 연속운전으로 가는 시발점이자 핵융합 상용화의 변곡점이 될 것”이라고 말했다.

조재근 기자 [e-mail]