[2023][사이언스 포커스]차세대 에너지원 `인공태양` KSTAR
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작성일 23-02-11 18:32
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공사기간만 11년 8개월이 걸렸다.
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다. 핵융합연에 따르면 KSTAR 장치 건설과정에서 파생된 기술문서 1165건, 학술지 400여건(SCI급 250여건), 특허출원 91건(국내87건 · 해외4건), 특허등록 46건(국내42건 · 해외4건) 등을 DB화(2008년 1월 기준) 했다.
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지난 11일 대전에서 희소식이 들렸다. 완공 10개월 후인 2008년 7월에 최초로 플라즈마를 발생시켜 장치의 성능이 검증됐고, 2009년 9월부터는 플라즈마 전류가 320㎄에 달하고 3.6초의 유지시간을 기록하는 등 본격적인 핵융합 장치로서 가동에 들어갔다. 라틴어로 `길`이라는 의미를 가진 ITER는 2007년부터 2042년까지 EU · 러시아 · 미국 · 중국(China) · 인도 · 日本(일본)과 우리나라가 참여해 프랑스 카다라쉬에 500㎽ 규모의 핵융합발전 實驗(실험)로를 건설하고 운영하는 국제 프로젝트다.
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[사이언스 포커스]차세대 에너지원 `인공태양` KSTAR
[사이언스 포커스]차세대 에너지원 `인공태양` KSTAR
KSTAR는 새로운 에너지원 원천기술을 확보하기 위해 3000억원이 넘는 예산을 투입해 건설됐다.
KSTAR에 사용된 신소재 초전도체(나이오븀틴:Nb3Sn)는 ITER에 사용되는 것과 같은 것으로 현재까지 모든 초전도 자석이 Nb3Sn으로 만들어진 핵융합 장치는 KSTAR가 유일하다.
이 자료는 향후 한국형 실증로 및 상용핵융합로 건설을 위한 기준서로 활용될 예정이다. 그리고 1년 뒤인 3차 가동에서 중수소 핵융합 反應에 성공했다. 핵분열 反應을 이용한 원자력 에너지와는 반대의 원리다.
[사이언스 포커스]차세대 에너지원 `인공태양` KSTAR
현재 KSTAR 운영 계획이 잡힌 것은 2025년까지다. 국가핵융합연구소가 운영하고 있는 차세대 초전도핵융합연구장치 `KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)`가 중수소 핵융합 反應에 성공한 것. 2007년 9월 완공된 이후 3년 동안 세 번의 가동 과정을 거친 끝에 성공해낸 쾌거다. 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들고 또 이 플라즈마를 담는 `그릇`인 핵융합로, 연료가 되는 중수소 및 삼중수소 등이다.
국제핵융합實驗(실험)로(International Thermonuclear Experimental Reactor · ITER)에 우리나라가 참여할 수 있는 자격을 얻은 것도 KSTAR의 성공을 통해 가능했다.
KSTAR는 `토카막(Tokamak)` 방식을 사용하고 있다아 옛 소련에서 1950년대 발명된 이 방식은 현재 작동 중이거나 새로 짓는 대부분 핵융합로에 쓰이고 있다아 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 방식으로, 플라즈마를 구속하는 도넛(D) 모양의 초전도 자석으로 자기장을 생성해 플라즈마가 안정적인 상태를 유지토록 한다. 이 때문에 KSTAR는 ITER의 축소판으로 불리며 ITER의 본격적인 운영 전에 사전 시험 장치 등 여러 모의 활용 가능성이 높다. 하지만 지구에선 그러한 초고온 · 고압 상태가 아니기 때문에 자기장이나 레이저 등을 이용해 핵융합 反應이 일어날 수 있는 `인공태양`과 같은 장치가 필요하다. 4단계에선 DEMO 선행 기술 연구를 통해 국내산 `인공태양`의 원천기술로 자리매김할 계획이다.
황태호기자 thhwang@etnews.co.kr
권면 핵융합연 선임단장은 “중수소 핵융합 反應을 비롯해 고온 플라즈마 발생 및 플라즈마 전류(500kA) 및 유지시간(6초 이상) 등에서 금년도에 목표(目標)한 대부분의 성과를 달성했다”며 “앞으로 남은 한 달 가량의 實驗(실험) 기간 동안 추가적인 성과 달성이 예상된다”고 기대감을 내비쳤다. 태양과 같이 스스로 빛을 발하는 별에는 끊임없이 핵융합 反應이 일어나며 엄청난 양의 에너지를 만들어낸다. 총 4단계에 걸친 계획으로, 2012년까지인 1단계에선 초전도토카막 운전기술을 확보하고, 2017년까지 2단계로 장시간 운전기술을 확보, 3단계는 2022년까지로 고성능 운전기술을 확보한다는 계획이다.
이경수 핵융합연구소장은 “지난해 말부터 올 여름까지 진행한 實驗(실험)에서 높은 열과 중성자를 만드는데 성공했는데 이러한 결과는 다른 나라에서 3년 걸릴 일을 우리는 6개월 만에 성공한 것”이라고 말했다.
[사이언스 포커스]차세대 에너지원 `인공태양` KSTAR
상용 핵융합로 건설을 위한 연구 자료로서도 KSTAR의 가치는 높다.
KSTAR는 차세대 친환경 에너지인 핵융합에너지를 얻기 위한 장치다.
