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202111.23

한국의 인공태양 KSTAR, 1억도 30초 운전 성공!

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/kstar/1330

핵융합 핵심 조건인 초고온 플라즈마 장시간 운전기술 세계 선도 입증


한국의 인공태양 KSTAR



한국의 인공태양 KSTAR가 이온온도 1억도 초고온 플라즈마를 30초간 운전하는데 성공하며 KSTAR가 지난해에 달성했던 초고온 플라즈마 장시간 운전 기록을 경신했습니다. 


탄소를 발생시키지 않는 청정에너지로 핵융합에너지에 대한 전 세계적 관심과 투자가 증가하는 가운데, 한국의 KSTAR가 올해에도 선도적 연구성과를 발표하며 핵융합에너지 실현을 위한 새로운 전진을 이루었는데요. 


2021년 KSTAR가 1억도 플라즈마 30초 운전 기록의 의미에 대해 조금 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 



태양 중심보다 7배, 1억도가 필요한 이유 


핵융합에너지는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 통해 생성되는 에너지를 말합니다. 거대한 수소 덩어리인 태양은 초고온·고밀도 환경 때문에 수소 원자가 이온과 전자로 분리된 플라즈마 상태에서 이온끼리 결합하는 핵융합 반응이 끊임없이 일어납니다. 


하지만 태양과 다른 환경인 지구에서는 다른 조건이 필요한데요. 무려 태양 중심부의 온도보다 약 7배 뜨거운 1억도 이상으로 플라즈마를 가열해주어야 한다는 점입니다. 온도는 ‘비교적’ 낮지만 강력한 중력으로 밀도가 높은 태양과 달리 중력이 낮은 지구에서는 밀도 대신 온도를 상대적으로 더 높여주어야 하는 것이지요. 


이처럼 지구에서 1억도의 플라즈마를 가두고 핵융합 반응이 일어날 수 있도록 인류가 개발한 장치가 인공태양이라 불리우는 ‘핵융합연구장치’인데요. 우리나라는 우리 기술로 완성한 세계 최고 수준의 핵융합연구장치 KSTAR를 보유하고 있으며, KSTAR는 1억도 초고온의 플라즈마를 오랫동안 꺼지지 않게 가두는 방법을 찾기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 


30127번째의 시도가 1억도 플라즈마 30초의 불꽃을 만들어냈다.



KSTAR, 초고온 플라즈마 장시간 운전기술 선도


KSTAR는 2018년도에 초전도핵융합연구장치 중 세계 최초로 이온온도 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 1.5초간 유지하는 데 성공했습니다. 차세대 플라즈마 운전모드로 알려진 ‘내부수송장벽(Internal Transport Barrier, ITB)모드를 구현하는 실험을 통해 달성한 성과로 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술이 성공적으로 적용한 결과였습니다. 


이후 실험을 통해 KSTAR의 1억도 초고온 플라즈마 운전 시간은 급속도로 연장되기 시작했는데요. 다음 해 실험에서는 5배 이상 유지 시간을 연장한 8초 달성에 성공했으며 20년에는 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 유지 시간 세계 최장 기록 20초 달성에 성공하며 전 세계 핵융합 연구계를 놀라게 했습니다.  


그동안 쉴 틈 없이 달려온 KSTAR에 대한 기대치는 올해 역시 높았는데요. 그 기대에 부흥하듯 지난해보다 10초를 연장한 30초 달성에 성공하며 다시 한 번 세계적인 연구 수준을 증명해 보였습니다. 



KSTAR의 목표는?


KSTAR는 많은 변화를 앞두고 있습니다. 내년 2022년 초 평년보다 이른 실험을 진행한 뒤 대대적인 업그레이드 작업이 진행될 예정인데요. 운전시간 연장을 위하여 전원장치의 개선 및 내벽온도 상승을 억제할 텅스텐 디버터 설치 등이 진행될 예정입니다. 더불어 보다 높은 ITB 모드의 안정성 유지를 위한 실시간 피드백제어 기술 확보 등 관련 연구를 통해 2026년에 1억도 초고온 플라즈마 운전시간을 300초까지 달성한다는 계획입니다. 


핵융합(연) 유석재 원장은 “지난해 독립연구기관으로 새로운 출발을 알리며 더욱 안정적인 연구 환경 속에서 핵융합에너지 실현을 위한 도전적인 연구를 이어갈 수 있었다.”며, “핵융합 핵심기술의 적기 확보를 통해 우리나라가 진정한 에너지 강국이 될 수 있도록 노력하겠다.”고 밝혔습니다. 


플라즈마가 발생하는 KSTAR 진공용기 내부 모습

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