인공태양 KSTAR에서 1억도 초고온 플라즈마가 발생하는 진공용기 내부 모습. 핵융합에너지연구원 제공
22일 한국핵융합에너지연구원 KSTAR 연구본부는 “올해 KSTAR 플라스마 실험에서 핵융합 핵심 조건인 1억도 초고온 플라스마 운전을 30초간 유지하는 데 성공했다”고 밝혔다.
탄소 발생시키지 않는 핵융합에너지
핵융합에너지는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 통해 에너지를 발생시키는 것으로, 탄소를 발생시키지 않는 청정 에너지다.
초고온·고밀도의 환경에서 자연스럽게 핵융합 반응이 일어나는 태양과 달리 지구에서는 핵융합 장치에 연료를 넣고 이온과 전자가 분리돼 있는 플라즈마 상태를 만든 뒤 1억도 이상의 초고온으로 가열해 유지해야 한다. 플라스마는 원자핵과 전자가 따로 노는 상태로, 고체, 액체, 기체에 이어 제4의 물질 상태로 불린다.
KSTAR는 이 과정에서 필요한 초전도핵융합연구장치로, 우리나라 기술로 만들었다. 지난 2008년부터 핵융합에너지 실현의 핵심인 초고온 플라즈마를 오래 유지하기 위한 기술을 확보하기 위해 연구를 해왔고, 2018년 핵융합 플라즈마 이온온도 1억도 도달 이후 매년 유지시간을 늘렸다.
2020년에는 20초 연속 운전에 성공했고, 올해 실험을 통해 10초간 추가 연장에 성공하며 세계적 수준의 연구 성과를 달성했다.
한국의 인공태양 KSTAR 장치. 핵융합에너지연구원 제공
이번 성과는 KSTAR 가열 성능의 향상과 최적 자기장 조건 확보를 통한 플라스마 제어 기술이 개선되면서 핵융합로 운전을 위한 차세대 운전 모드인 내부수송장벽(ITB) 모드의 안정성이 향상된 결과다.
핵융합에너지연은 앞으로 운전시간을 늘리기 위해 전원장치를 개선하고, 내벽온도 상승을 막을 텅스텐 디버터를 설치할 계획이다. 이를 통해 오는 2026년 1억도 초고온 플라즈마 유지 300초를 이뤄내는 게 목표다.
김민지 기자 mingk@seoul.co.kr
