◎세계최고의 핵융합 연구장치 만든다/초전도 방식… 3억℃ 플라즈마 상태 5분 지속/2002년 국내 최초로 완공… 성능 기존의 30배/극한의 행융합 조건 실현·실험 연구장치로 이용

에너지 문제의 영원한 해결에 도전하는 한국의 야심작 「차세대 토카막 핵융합연구장치(KSTAR)」의 청사진이 확정됐다.

기초과학지원연구소(소장 최덕린)는 최근 연구 착수 1년 3개월만에 KSTAR의 개념 설계를 완료하고 연구소 대학 기업등의 관련 연구책임자 50여명이 참석한 가운데 포항가속기연구소에서 연구2차년도 중간진로 발표회를 가졌다.

한국이 오는 2002년까지 총 1천5백억원을 들여 완공할 KSTAR는 크기는 작지만 최초로 토카막(핵융합 환경인 초고온 플라즈마를 가둬두는 진공 용기)에 100% 초전도 자석을 채용한 차세대형일 뿐만 아니라 3억℃에 달하는 플라즈마 지속시간을 최대 5분까지로 설정함으로써 기존 장치의 30배 이상 성능을 내도록 확정됐다.

사실상 핵융합은 인공 태양을 재현하는 것과 같아 고도의 극한장치가 필요하다.원료인 수소,중수소를 가열하는 가열장치,수억도의 고온 플라즈마 상태에서 수소와 중수소가 서로 부딪쳐 헬륨을 만들어 내면서 질량 결손만큼 에너지를 산출하는 과정을 견뎌낼 수 있는 토카막 용기,장치가 과열 파손되지 않도록 식혀주는 냉각장치 등이 대표적인 것들이다.

KSTAR는 직접 핵융합을 일으키진 않지만 극한의 핵융합 조건을 실현하고 실험하는 연구장치로 현재 국제 열핵융합연구(ITER) 그룹이 2010년을 목표로 추진하고 있는 실증로 이전,최고 수준급의 장치가 될 것이란게 연구진의 설명이다.

우선,초전도 토카막은 전기 저항이 없어 높은 전압을 걸어줘도 열을 받지 않으므로 그만큼 냉각 등의 조건이 좋아진다.지금까지 「빅3」로 불리는 미국,일본,유럽의 토카막은 상전도 구리자석으로 높은 자장을 걸어준 뒤 그 안에 플라즈마를 가둬놓는 방식을 택했다.그때문에 과열 방지를 위해 밀폐시간이 불과 5초∼10초 정도에 불과했다.

하지만 KSTAR는 초전도 방식을 채택,플라즈마 상태를 300초까지 지속시킬 작정이다.플라즈마 지속시간은 핵융합 실용화의 3대 관건중 하나인 「자기점화」를 실현할수 있는 중요 조건이다.핵융합 전문가들은 외부에너지 공급없이 스스로 핵융합을 일으키는 상태인 「자기점화」상태를 만들기 위해서는 수억도의 플라즈마 상태가 1천초는 유지돼야 할 것으로 보고 있으며 KSTAR의 300초는 이를 연구할 수 있는 적정 시간이라는 설명이다.

KSTAR의 토카막을 둘러쌀 초전도 자석의 규격도 확정됐다.도너츠 모양의 링은 주반경 1.8m,부반경 0.5m 크기,이에 걸어줄 초전도자석의 자장은 지구 자장강도의 7만배 크기인 3.5테슬러,플라즈마 전류는 2백만 암페어 규모로 결정됐다.플라즈마 원료로는 방사능이 나오는 동위원소인 삼중수소는 배제하고 수소와 중수소의 안정성 동위원소만을 사용하도록 했다.

KSTAR프로젝트 총괄연구책임자인 이경수 박사는 특히 초전도 자석 선재로서 ITER의 표준규격을 사용키로 했음을 강조한다.스테인레스 스틸 강관속에 480가닥의 초전도 선재가 촘촘히 들어가도록 돼 있는 이 규격은 ITER가 그동안 3억달러를 들여 개발한 것이다.『KSTAR는 3억달러짜리 연구결과를 무료로 인수한거나마찬가지』란 설명이다.더욱이 이는 앞으로 ITER가 98년 이후 실제 장치 제작에 들어갈 때 우리 업체가 제작업체로서 참여 자격을 가질수 있는 중요한 경력이 될 것이란 얘기다.

핵융합의 미래에 대한 회의론도 만만치 않지만 한국은 이제 세계 주요 핵융합 연구국가로서 책임있는 길에 접어든 것이 분명하다.이박사는 『미국 일본 유럽 러시아로 이뤄져 있는 ITER로부터 클럽가입 초대장이 이미 와 있는 상태』라며 『우선 KSTAR을 완공한 후 참여방안을 모색할 생각』이라고 느긋해 했다.<신연숙 기자>