KSTAR, 플라스마 1억도 8초간 유지 성공…세계 최장 시간

2020.03.16 14:27
국가핵융합연구소의 핵융합실험장치 KSTAR가 최초로 플라스마 이온온도 1억도를 8초간 유지하는 실험에 성공했다. 국가핵융합연구소 제공
국가핵융합연구소의 핵융합실험장치 'KSTAR'가 최초로 플라스마 이온온도 1억도를 8초간 유지하는 실험에 성공했다. 국가핵융합연구소 제공

‘미래 에너지’로 기대를 모으고 있는 핵융합 에너지 기술을 개발하기 위한 국내 연구기관의 실험장치가 태양 중심부 온도의 6배가 넘는 1억 도의 온도로 세계 최장시간 작동하는 데 성공했다. 핵융합 에너지 생산을 위해서는 1억 도 온도로 장기간 지속적으로 작동하는 게 필수인 만큼, 세계 핵융합 개발 역사에 중요한 이정표가 됐다는 평이 나온다.


국가핵융합연구소는 대전 유성구 본원에 위치한 국내 개발 핵융합 실험장치 '케이스타(KSTAR)’가 지난해 8월~올해 2월 진행한 실험에서 물질이 초고온, 초고압 환경에서 전자와 이온으로 분리된 상태인 플라스마의 온도를 약 1억 도로 유지한 채 8초 동안 운전하는 데 세계 최초로 성공했다고 16일 밝혔다. 1억 도는 태양의 중심부 온도인 1500만 도보다 약 6.5배 높은 온도다.


이번 결과는 2018년 초전도 토카막 가운데 최초로 플라스마 이온 온도를 1억 도까지 올린 지 1년 여 만의 성과다. 당시에는 1억 도의 온도로 약 1.5초 유지했지만, 이번에는 유지시간을 5배로 대폭 연장했다. 


핵융합은 연구팀은 태양에서 일어나는 수소핵 융합 과정을 지상에서 재현해 에너지를 만드는 기술이다. 수소와 비슷하지만 핵 속 중성자의 수가 다른 ‘중수소’와 ‘삼중수소’를 이용한다. 이들 물질을 도넛 모양의 실험장치인 ‘토카막’ 내부에 가둔 뒤 가열해 이온과 전자로 분리시키면 플라스마 상태가 된다. 이 플라스마는 고삐 풀린 말처럼 마구 사방으로 뛰쳐나가려 하는데, 이들을 여러 가지 기술로 제어해 토카막 안에 안정적으로 가두고, 이온 온도를 1억 도로 유지시켜 내부에서 핵융합 반응을 일으키는 게 핵융합 기술의 핵심이다. 


연구팀은 플라스마 내부에 일종의 장벽과 같은 구조를 형성해 플라스마가 새어나가지 못하도록 막는 고온 플라스마 안정화 기술인 ‘내부수송장벽(ITB)’ 모드를 활용해 이들을 8초 동안 1억 도로 유지시키는 데 성공했다. 플라스마의 중심부를 효과적으로 가열하는 기술도 초고온 상태 유지에 큰 도움이 됐다.


윤시우 핵융합연 KSTAR연구센터장은 “KSTAR가 본격적인 초고온 운전 실험 단계에 들어섰다”며 “다른 장치에서 수행하기 어려운 초고온 플라스마의 장시간 운전기술을 앞장서 개발했다는 의미가 있다”고 말했다. 실험 결과는 10월 프랑스에서 개최되는 국제원자력기구(IAEA) 핵융합에너지 콘퍼런스에서 공개될 예정이다.
 

KSTAR가 1억 도의 플라스마를 8초간 운영하는 실험에 성공했다(빨간 그래프). 2018년 처음 1억 도를 돌파했을 때(파란 그래프)에는 1억도로 약 1.5초 유지했다. 국가핵융합연구소 제공
KSTAR가 1억 도의 플라스마를 8초간 운영하는 실험에 성공했다(빨간 그래프). 2018년 처음 1억 도를 돌파했을 때(파란 그래프)에는 1억도로 약 1.5초 유지했다. 국가핵융합연구소 제공

 

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

작성하기

    의견쓰기 폼
    0/150