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KSTAR

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201308.23

꺼지지 않는 태양을 꿈꾸는 KSATR 도전기

시스템 관리자   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/kstar/38

핵융합발전 상용화에 필요한 핵심 기술 개발을 담당하고 있는 KSTAR는 태양에서 일어나는 핵융합반응을 인위적으로 발생시켜 핵융합에너지를 발생하도록 연구하는 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치입니다. 핵융합에너지는 거의 무한한 연료를 사용하며 에너지 효율이 높고, 환경 오염 문제의 걱정도 없어 궁극의 녹색 에너지로 여겨지죠. 우리나라는 KSTAR 덕분에 선진국들과 나란히 핵융합 에너지 개발에 앞장설 수 있게 되었답니다. 우리나라가 21세기 에너지 강국으로 가기 위해 꼭 필요한 KSTAR. 세계에 떠오르는 우리의 태양! KSTAR의 운전의 성과와 이번 운전의 목표에 대해 이야기를 해보겠습니다.

 

첫 번째 도전 

2007년 9월 장치 건설이 완공된 KSTAR는 실제 운전에 들어가기 위한 시운전을 통해 2008년 6월 첫 번째 플라즈마 발생에 성공한 바 있습니다. 플라즈마 발생 실험을 위해 KSTAR가 거쳐야 하는 실험은 총 4단계로 진공 운전 단계와 극저온냉각 운전 단계, 초전도자석 운전 단계를 거친 후 마지막으로 플라즈마 발생 운전을 진행하게 됩니다.

 

그동안 많은 핵융합장치는 장치의 완공 이후에도 최초 플라즈마 발생을 위한 시운전 과정에서 문제점이 발견되어 어려움을 겪은 사례가 많았지만, 우리 기술로 만든 KSTAR는 단 하나의 심각한 문제없이 무사히 최초 플라즈마를 달성하게 되어 세계 핵융합 연구자들의 찬사를 받게 되기도 하였습니다.

▲ 2008년 6월 첫 번째 플라즈마 발생에 성공

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첫 번째 운전 목표는 100킬로암페어(kA)의 플라즈마 발생 및 지속시간 0.1초

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마침내 우리나라의 차세대 초전도핵융합 연구장치인 KSTAR가 핵융합 연구의 시작을 알리는 최초 플라즈마 발생에 성공하게 됩니다. 이는 2007년 9월 KSTAR 장치 완공 이후 10개월 만의 성과로 ITER의 설계와 똑같은 초전도 재료를 세계 최초로 사용한 핵융합 연구장치의 운전 성공 사례 입니다. 1차 운전의 성공은 단순히 플라즈마를 발생시킨 것에 그치는 것이 아니라, KSTAR 각각의 세부장치가 안정적으로 작동되고 있음을 확인시켜 주는 것으로 그 의미가 더욱 컸습니다.

 

특히, KSTAR는 플라즈마 전류 133킬로암페어(kA), 플라즈마 지속시간 0.249초로 당초 예상 목표치인 100kA와 0.1초를 뛰어 넘는 우수한 결과를 내었습니다. 이는 목표보다 두 달 이상을 앞당겨 이룬 성과로 우리나라가 본격적인 핵융합 플라즈마 연구를 추진할 수 있는 기반을 마련한 성과였습니다. 1차 운전을 성공적으로 마친 KSTAR는 09년 8월 핵융합 연구를 위한 본격가동에 들어가게 됩니다, 지난 최초 플라즈마 발생 실험 결과를 바탕으로 보다 장치의 성능을 높이고 많은 핵융합 연구자들의 기대 속에 2차 운전을 시작하였습니다.

 

KSTAR는 기대에 부응하듯 12월 전류 320(kA)의 플라스마를 3.6초 동안 유지하며 성공적으로 2차 운전 성과를 발표하게 되었습니다. 첫 운전 때보다 전류는 약 3배, 지속 시간은 10배 이상의 성능을 보였습니다. 또한 자기장의 세기 역시 설계 당시 목표했던 3.5테슬라(T)를 초과한 3.6T에서도 안정적으로 작동한다는 사실을 확인할 수 있었는데 이는 지구 자기장의 약 7만 배에 달하는 세기입니다. 2차 운전까지도 성공적으로 마친 KSTAR는 핵융합에너지 실증을 위한 국제 공동 프로젝트(ITER)의 선행 모델로서 입지를 다지며, 다시 한 번 대한민국 과학의 힘으로 세계를 놀라게 합니다.

 

두 번째 도전



▲  2009년 말 고순도 탄소타일로 업그레이드한 KSTAR 내부


 .

2009년 말 실험을 무사히 마친 KSTAR는 금년 3차 운전에 앞서 약 6개월간 장치 업그레이드를 진행하였습니다.
플라즈마가 내부장치 표면에 닿지 않도록 미세한 자기장의 조절이 가능하게 해주는 제어코일을 KSTAR 내부에 장착. 높은 에너지의 중성입자빔을 플라즈마에 충돌시켜 온도를 높이는 중성입자빔 가열장치를 추가 설치하여 플라즈마를 핵융합반응이 일어날 수 있는 수천만도로 올릴 수 있게 되었습니다. 그리고 내부에서 발생하는 플라즈마의 높은 온도에 대비해 KSTAR 내부 표면 전체를 검정색의 고순도 탄소타일로 업그레이드하여 3차 운전 준비를 마쳤습니다.

 

목표는 플라즈마를 구성하는 전자와 이온을 모두 1000만℃ 이상으로 가열. 핵융합에 쓰이는 원료인 중수소를 이용해 D형 플라즈마를 구현하고, 이를 통해 500㎄의 전류를 5초간 유지하는 것. 이번 실험을 세계 핵융합 전문가들이 주목하고 있는 이유는 3차 운전이 본격적인 핵융합 플라즈마 발생 실험이기 때문입니다. 특히 금년 실험 결과는 세계 핵융합 연구자들의 올림픽이라 불리는 핵융합에너지 컨퍼런스(Fusion Energy Conference)에서 발표될 예정으로 KSTAR를 활용한 연구 성과를 세계에 알릴 수 있는 좋은 기회입니다.

 

핵융합에너지가 상용화 단계에 이르기 위해서는 KSTAR의 운전 최종 목표인 플라즈마 상태가 300초 이상 지속할 수 있어야 합니다. 아직 가동 초기 단계에 있는 KSTAR이지만, 지금까지 보여준 기대 이상의 성과를 볼 때 핵융합 상용화 시대를 열기 위해 필요한 KSTAR의 역할이 중요해지고 있는 것이 사실입니다. 에너지 강국을 꿈꾸는 대한민국에 핵융합에너지 개발은 꼭 필요한 연구임을 확신하기에, KSTAR는 오늘도 세계의 태양을 만들기 위해 오늘도 뜨겁게 달리고 있습니다. 이렇게 끊임없이 발전하는 핵융합에너지 연구. 이러한 노력을 바탕으로 인류의 에너지 문제를 해결해줄 핵융합 발전은 물론 소형 핵융합 장치를 탑재한 차미네이터를 정말로 볼 수 있는 날도 오지 않을까 기대해 봅니다.


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