본문 바로가기 주메뉴 바로가기

ITER

  • Fusion Story
  • ITER
ITER의 다른 글

201408.26

[오픈 랩! 핵직구 Q&A] “초전도자석을 이용하여 핵융합연구장치를 만든 나라는 우리나라뿐인가요?”

시스템 관리자   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/iter/214



초전도자석을 이용하여 핵융합연구장치를 만든 나라는 있지만, 국제핵융합실험로(ITER)와 동일한 초전도체를 사용한 토카막은 우리나라의 KSTAR뿐입니다. 초전도자석? 토카막? 좀 더 자세히 알기 원하시는 분들을 위해 자세한 설명을 준비했습니다.

 

 

[상전도 토카막 VS 초전도 토카막]

 

먼저, 자기장을 이용해 플라즈마를 가두는 핵융합장치를 ‘토카막’라고 부릅니다. 토카막 장치에 대해 공부하다보면 ‘상전도’와 ‘초전도’라는 단어를 참 많이 듣게 되죠! 이것은 플라즈마를 가둘 수 있는 자기장을 만드는 자석의 성질을 이야기하는 단어들인데요. 아리송~ 하다면 한번 정리해볼까요? 상전도와 초전도는 서로 대비되는 단어라고 생각하면 이해가 쉽습니다.

 

‘상전도(normal conduction, 常電導)’란, 초전도와 대비하기 위해서 사용되는 용어로, 초전도가 아닌 전기 전도를 말합니다. 전기 저항을 따르는 보통의 전기 전도의 것을 가리키는 것이죠. 상전도 토카막 연구 장치로는 미국의 ‘DⅢ-D’, 독일의 ‘ASDEX-U’, 영국의 ‘JET‘ 등이 있는데요. 플라즈마를 구속하는 자석 재료로 ’구리(Cu)‘를 사용하고 있습니다.

 

반면에 ‘초전도(superconduction, 超傳導)’란, 매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 현상을 말합니다. 어떤 물질을 절대온도 0도(섭씨 영하 273.15도)에 가까운 극저온 상태로 냉각시키면 갑자기 전기저항이 없어지는 물리적 현상이 바로 초전도인 것이죠.

 

이러한 특성을 지닌 초전도 자석을 사용한 토카막 장치로는 대표적으로 대한민국의 ‘KSTAR’, 중국의 ‘EAST’가 있습니다. 중국의 EAST의 경우 NbTi를 사용하고 있으며, 대한민국의 KSTAR는 Nb3sn과 NbTi을 사용하였습니다. KSTAR에서 최초로 적용된 Nb3sn가 핵심이라는 점! 다시 한 번 기억해주세요^^

 

 

[대세는 초전도자석! 왜 초전도자석일까요?]

 

근래에 건설되고 있는 핵융합 장치가 거의 초전도자석으로 만들어지고 있다는 점을 알고 계셨나요? 과거 1980~90년대에 만들어졌던 초기의 토카막들이 상전도자석을 사용했었다면, 2000년대에 만들어진 최신의 토카막들은 초전도자석을 재료로 사용하고 있습니다. 세계 최대의 국제핵융합실험로 ITER 프로젝트에서도 초전도자석을 사용하여 토카막을 건설하고 있답니다. 왜 하필 초전도자석일까요?

 

초기 모델들에서 확인할 수 있듯, 토카막이 처음 만들어질 때에는 구리를 이용한 상전도 토카막을 이용해 실험을 해왔습니다. 그러나 저항이 많은 구리의 특성상 상전도자석을 이용한 토카막 장치는 막대한 전력 손실로 인해 장시간 운전이 불가능했습니다. 연구자들은 전력 손실이 적으면서 핵융합반응을 오랫동안 유지할 대안을 연구하였고, 그 결과 초전도자석을 해결책으로 제시하게 됩니다.

 

저항이 0이기 때문에 구리를 이용한 상전도 토카막보다 양질의 플라즈마를 생성하고, 실험 전력 운용도 효율적으로 가능 할 수 있게 되었죠. 한국에서는 세계 최초로 신소재(Nb3Sn) 초전도체를 이용한 초전도 토카막 KSTAR를 개발해냈답니다.

 

※ KSTAR의 신소재 나이오븀-틴(Nb3Sn)이 궁금하다면 →  /post/kstar/472

 

 

KSTAR의 나이오븀-틴(Nb3Sn)은 ‘NbTi’에 비해 높은 온도, 높은 자기장 환경에서 동작되며, 성능이 더 우수합니다. 그러나 초전도 제조공정에서 까다로운 열처리공정이 요구되지요. Nb3Sn과 NbTi의 초전도체를 적용한 KSTAR의 성공적인 운영으로 국제핵융합실험로 ITER에도 해당 기술이 그대로 적용될 예정이라고 하니, 자랑스럽지 않으신가요?^^ KSTAR는 Nb3Sn초전도 자석을 사용한 세계 최초의 핵융합 연구장치로, 고성능 장시간 운전기술 확보를 통해 ITER의 시험장치 역할을 수행할 것입니다.

 

 

※ 매주 화요일에는 새로운 코너 <오픈랩! 핵직구 Q&A>를 연재합니다. 일반인들에게는 다소 어렵고 생소할 수 있는 ‘핵융합’에 관련된 질문과 답변을 과감하게! 매주 하나씩 풀어나갈 예정입니다. 본 코너는 기존 홈페이지에 올라왔던 질의응답을 토대로 질문과 답변을 재구성했습니다. 핵융합과 관련된! 핵심을 콕콕 찌르는! ‘돌직구’를 넘어선 ‘핵직구’ 질문들에 솔직하게 답변하며 열린 연구소를 만들어가겠습니다. 



  •  좋아요 bg
    6
    좋아요 bg
  •  카카오스토리 공유 bg
    15
    카카오스토리 공유 bg
  •  카카오톡 공유 bg
    15
    카카오톡 공유 bg

댓글 0

정보에 대해 만족하십니까?

TOP