한국의 인공태양 KSTAR, 핵융합에너지 발전 앞장

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국내 연구진의 미래에너지원 개발을 위한 노력이 이어지는 가운데 최근 유의미한 연구 성과가 나와 주목받는다. 한국핵융합에너지연구원(핵융합연)에서 연구 운영 중인 한국형 초전도 핵융합연구장치(KSTAR·인공태양)에서 1억℃ 상태의 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공한 것이다. 세계 최고 기록으로, 핵융합에너지 발전에 이정표를 기록했다는 평가다.

24일 핵융합연에 따르면 KSTAR연구센터는 최근 실험에서 서울대·미국 컬럼비아대 공동연구를 통해 핵융합 핵심 조건인 1억℃ 초고온 플라즈마를 20초 이상 운전하는 데 성공했다. 이는 세계 최고 기록이자 종전 KSTAR 기록인 8초를 2배 이상 연장한 성과다. 앞서 KSTAR는 2018년 1.5초를 달성하며 플라즈마 운전 실험에 성공한 바 있다.

초고온·고밀도 상태인 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 만들려면 KSTAR와 같은 핵융합 장치 내부를 플라즈마 상태로 만들어 핵을 구성하는 이온의 온도를 1억℃ 이상 가열하고 유지해야 한다. 그동안 다른 핵융합 장치들은 순간적으로 1억℃ 이상 초고온 플라즈마를 달성하는 데는 성공했지만, 이를 10초 이상 유지하는 데는 실패했다. 이는 상전도 장치의 운전 한계와 핵융합로 내 안정적으로 초고온 플라즈마를 장시간 유지할 수 있는 운전기술의 개발이 어려운 탓이다. KSTAR는 세계 최고 수준의 초전도자석 제작 기술, 자기장 정밀도, 선진 플라즈마 진단, 플라즈마 제어 기술 등을 통해 세계 최고 기록을 달성할 수 있었다.

윤시우 센터장은 "1억℃ 초고온 플라즈마의 장시간 운전 기술은 핵융합 에너지 실현을 위한 핵융합 핵심 과제"라며 "이번 성과는 장시간 고성능 플라즈마 운전 기술 확보를 위한 중요한 전환점이 될 것"이라고 밝혔다. 다만 윤 센터장은 "핵융합에너지를 열에너지로 전환하고, 다시 전기에너지로 어떻게 전화할 것인지에 대해 아직 연구 결과가 나오지 않았다"며 풀어야 할 숙제를 제시하기도 했다.

핵융합연은 초고온 플라즈마 운전 시간을 오는 2025년까지 300초 유지를 목표로 한다. 이를 24시간 365일 운전 능력을 기준점으로 삼은 것이다. 윤 센터장은 "100초가 넘어가면 계속 가열만 해주면 계속 유지할 수 있다는 게 분석 결과"라며 "300초 달성 시 최종적으로 24시간 운전 모드가 가능할 것"이라고 말했다.

핵융합연은 KSTAR와 현재 참여 중인 국제핵융합실험로(ITER) 사업 등을 통해 2030년대까지 기초 연구와 기술·공학연구를 진행할 구상이다. 이후 2030-2040년대에 핵융합 발전에 다른 신에너지 개발, 2050년대 신에너지를 활용한 발전소 건설 등 상용화를 전망하고 있다. 장진웅 기자





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