청정에너지 위한 '한국의 인공태양', 초고온 플라즈마 세계 최장시간 달성
청정에너지 위한 '한국의 인공태양', 초고온 플라즈마 세계 최장시간 달성
  • 임병선 기자
  • 승인 2020.03.18 10:06
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KSTAR에 발생시킨 최초 플라즈마 (사진 국가핵융합연구소)/뉴스펭귄
KSTAR에 발생시킨 최초 플라즈마 (사진 국가핵융합연구소)/뉴스펭귄

국가핵융합연구소가 핵융합발전을 향해 한 발 내디뎠다.

지난 16일 국가핵융합연구소는 ‘한국의 인공태양’이라고 불리는 초전도 핵융합연구장치(이하 KSTAR)를 이용해 1억도(유지구간 평균 온도 0.97억도) 초고온 플라즈마(기체, 액체, 고체가 아닌 제4 상태)를 8초동안 유지하는 데 성공했다고 밝혔다. KSTAR는 핵융합발전에 필요한 핵융합기술을 연구하는 장치다.

핵융합발전 시설인 핵융합로를 상용화하기 위해서는 KSTAR에서 실험한 것과 같은 초고온 플라즈마 상태를 시설 내부에 오랫동안 안정적으로 유지할 수 있어야 한다. 하지만 지구상에 존재한다고 알려진 원소 중 이 온도를 견딜 수 있는 물질이 없다.

때문에 이 문제를 해결하는 것이 핵융합발전을 개발하기 위한 핵심 과제다. KSTAR에 적용된 ‘토카막(Tokamak) 운전 모드’는 태양이 플라즈마 상태를 유지하는 원리처럼 자기장을 발생해 플라즈마를 유지하는 기술이다.

국가핵융합연구소는 이번 실험에 있어 “플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽 모드를 플라즈마 형상 및 밀도 제어를 통해 안정적으로 구현하여 초고온 상태를 장시간 유지하는 데 성공할 수 있었다”고 말했다.

핵융합연구장치에서 1억도 수준 초고온 플라즈마 상태를 5초 이상 유지하는 데 성공한 것은 전세계 최초다. 국가핵융합연구소가 설정한 KSTAR 목표 성능은 플라즈마 유지시간 300초, 플라즈마 온도 3억도다. 핵융합발전을 위해서는 해결할 과제들이 많이 남았다.

유석재 국가핵융합연구소 소장은 “미래 에너지 개발이라는 전인류적 목표 달성을 위해 연구를 이어가겠다”고 소감을 밝혔다.

케이스타 장치 (사진 국가핵융합연구소)/뉴스펭귄
케이스타 장치 (사진 국가핵융합연구소)/뉴스펭귄

KSTAR는 지난 플라즈마 실험을 통해 1억도 초고온 플라즈마 운전뿐 아니라 고성능 운전시나리오 개발, 플라즈마 붕괴완화 실험 등 향후 건설될 국제열핵융합실험로(ITER) 및 핵융합로 난제 해결을 위한 약 80여 개 주제의 실험들을 수행해왔다.

핵융합발전은 방사능 폐기물이 없고 이산화탄소도 발생하지 않아 ‘꿈의 에너지’라고 불린다. 화석연료 발전이나 원자력발전을 대체할 미래 에너지로 꼽힌다. 태양이 열을 내는 원리와 같기 때문에 ‘인공태양’이라고 불리기도 한다.

jenousvous@neswpenguin.com


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