고온 및 고밀도 플라즈마 장시간 유지관건

과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 과기정통부)는 한국의 KSTAR(케이스타)가 초전도 토카막 핵융합 연구장치 중 세계 최초로 중심 이온온도 1억도 이상의 초고온 고성능 플라즈마를 1.5초간 유지하는 데 성공했다고 밝혔다.

태양보다 중력이 훨씬 작은 지구에서 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 태양 중심 온도(1,500만도)의 7배인 1억도 이상의 고온 및 고밀도 플라즈마를 장시간 유지하는 것이 관건이다.

유석재 국가핵융합연구소장은 “이번 성과는 핵융합 반응을 일으키는 주체인 ‘이온’의 온도가 1억도 이상을 달성하여 의미가 크며 초전도 토카막 핵융합장치로서는 세계 최초”라고 설명했다.

핵융합은 플라즈마 상태(이온과 전자로 분리)에서 이온들의 결합으로 일어나는 반응이며 토카막 핵융합장치는 자기장으로 플라즈마를 가두는 도넛모양 장치로 ITER(국제핵융합실험로) 등에서 채택됐다.

 이번 기록은 향후 핵융합실증로에 적용할 차세대 플라즈마 운전모드를 구현하는 실험을 통해 달성되었으며 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술을 성공적으로 적용한 결과이다.

플라즈마 운전모드는 내부수송장벽(Internal Transport Barrier, ITB) 모드며 플라즈마 외부 뿐 아니라 내부에도 장벽을 형성하여 밀폐 성능을 더욱 높인 차세대 운전모드다.

국가핵융합연구소는 올해 중성입자빔 가열장치를 추가로 도입하여 1억도 이상 초고온 플라즈마를 세계 최초로 10초 이상 안정적으로 유지하는 도전적 목표를 가지고 있으며 이를 통해 향후 국제핵융합실험로(ITER, 이터)의 운영단계에서 고성능 플라즈마 실험을 주도할 수 있는 연구 역량을 갖추게 될 것으로 보고 있다.

국제핵융합실험로는 한국 등 7개국이 핵융합에너지 대량생산 가능성 실증을 위해 프랑스에 건설 중이다.

이번 성과는 KSTAR 실험 10주년을 기념하여 개최되는 국제 핵융합 학술대회인 ‘KSTAR 컨퍼런스 2019’(20~22일, 코엑스)에서 국내외 연구자들에게 발표될 예정이다.

최원호 과기부 거대공공연구정책관은 “아직 어느 나라도 주도권을 쥐지 못한 핵융합에너지 분야에서 경쟁력을 갖추면 우리의 강력하고 새로운 성장동력이 될 것”이라며 “핵융합 기술의 세계적 리더십을 확보할 수 있도록 핵심기술 개발과 인재양성, 산업 확충 등 기반 강화를 위해 지속적으로 노력할 계획”이라고 밝혔다.