[과학의 날] 핵융합연, 핵융합에너지 시대 도약 위해 '총력'

초전도핵융합연구장치 KSTAR 국내 기술 개발
7개국과 국제핵융합실험로 ITER 사업 추진도
"진정한 에너지 강국 도약 위해 최선 다할 것"

초전도핵융합연구장치 KSTAR.

한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연)은 국내 유일의 핵융합에너지 전문 연구기관으로 핵융합 핵심 기술 개발 및 인력 양성을 통해 핵융합에너지 시대로 나아가는 인류 공동의 노력에 앞장서고 있다.

핵융합연은 세계 최고 수준의 초전도핵융합연구장치 KSTAR를 국내 기술로 개발했으며, 세계 주요 선진 7개국이 공동으로 추진하는 국제핵융합실험로 ITER 사업에도 주도적으로 참여하고 있다. 이 외에도 플라즈마에 대한 높은 이해를 바탕으로 다양한 산업 분야에 활용 가능한 플라즈마 원천기술을 확보하고 국민 삶의 질을 높이는 다양한 플라즈마 응용기술 개발에 앞장서고 있다.

▲한국의 인공태양 KSTAR, 1억도 초고온 플라즈마 30초 달성=핵융합연은 2021년 11월 이온온도 기준 1억도 초고온 플라즈마를 30초간 유지하는 데 성공했다. 2020년 1억도 초고온 플라즈마 20초 유지 성공에 이어 단 1년 만에 10초 연장에 성공하며 세계 최장 기록을 경신한 것이다.

태양 중심 온도의 7배에 달하는 1억도 초고온 플라즈마 장시간 운전 기술은 핵융합에너지 실현을 위한 핵심 과제다. 태양에서는 초고온·고밀도 환경 때문에 수소 원자가 이온과 전자로 분리된 플라즈마 상태에서 자연스럽게 핵융합 반응이 일어난다. 하지만 태양과 환경이 다른 지구에서는 태양과 유사한 조건을 만들기 위해 무려 1억도 이상으로 플라즈마를 가열해야 한다. 인공태양 장치는 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 장치로 우리나라는 세계 최고 수준의 초전도핵융합연구장치 KSTAR를 보유하고 있다.

약 12년의 건설 기간을 거쳐 2007년 완공한 KSTAR는 2008년 첫 실험에서 플라즈마를 켜는 데 성공하며 놀라운 시작을 알렸다. 그 후 매년 실험을 진행하며 핵융합에너지 실현을 위한 다양한 난제 해결을 주도했으며 우리나라를 넘어서 국제 공동실험장치로써 그 역할을 확대해왔다.

지난 2018년 KSTAR는 초전도핵융합연구장치 최초로 이온온도 1억도 초고온 플라즈마를 1.5초간 유지하는 데 성공하였다. 이후 운전 시간을 급속도로 연장하며 인류가 오랫동안 깨지 못했던 10초의 벽을 넘어섰고, 단 3년 만에 30초로 연장하였다. 처음에는 1.5초도 놀라운 성과였지만 이제 KSTAR는 30초도 유지할 수 있는 장치 성능, 기술, 노하우가 갖추어진 것이다.

KSTAR는 올해 또 다른 도전을 앞두고 있다. 2022년 상반기 실험에서 1억도 초고온 플라즈마 50초 연속 운전에 도전한다. 그 후 하반기 부터는 더욱 긴 시간 동안 1억도 초고온 플라즈마를 KSTAR 장치가 견딜 수 있도록, 내부 대면 재료를 교체하는 업그레이드가 진행 될 예정이다. KSTAR의 최종 목표는 2026년 300초 달성이다.

ITER 건설현장. 조립장비 및 진공용기 섹터 모습.

▲21세기 가장 도전적인 과제, ITER 프로젝트=ITER 프로젝트는 우리나라를 비롯한 전 세계 7개국(우리나라, EU, 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도)이 핵융합에너지의 실현 가능성을 과학기술적으로 최종 실증하기 위해 프랑스 카다라쉬에 국제핵융합실험로(ITER)를 건설·운영하는 인류 최대의 과학기술 협력 프로젝트다. 라틴어로 ITER는 '길(way)'이라는 뜻으로 ITER의 건설을 통해 '인류의 미래 에너지 개발로 나아가는 길'이라는 의미를 담고 있다.

ITER 프로젝트는 현물조달시스템으로 ITER 건설에 필요한 장치들을 각 회원국들이 나누어 제작하여 프랑스 건설 현장으로 제공하는 방식이다. 이를 통해 회원국들은 핵융합로 건설에 대한 기술적 경험을 얻을 수 있다. 우리나라는 총 9가지의 주요 부품 제작을 담당하며, 핵융합(연)은 ITER 한국사업의 전담 기관으로 KSTAR 장치 건설 및 운영 경험을 바탕으로 9개 조달 품목의 적기 제작 및 조달을 위해 최선을 다하고 있다.

우리나라는 지난 2014년 TF 초전도 도체를 회원국 중 최초로 조달 완료했으며, ITER 전용 특수 조립 장비와 초전도 플라즈마를 가두는 핵심 부품인 진공용기 섹터의 적기 조달 등을 통해 ITER가 주장치 조립 공정에 들어서는 데 큰 역할을 했다는 평가를 받고 있다. 이 외에도 KSTAR 건설의 주역인 최창호 박사, 박미경 박사, 양형렬 박사 등이 ITER의 성공적 건설을 위해 ITER 건설 현장에서 우수한 역량과 리더십을 발휘하고 있다.

ITER는 2022년 2월 기준 공정률 76.4%를 달성하며 완공을 가시권에 두고 있다. ITER가 완공되면 핵융합에너지 확보를 위한 인류의 도전은 새로운 국면을 맞이할 것으로 기대된다.

핵융합연 관계자는 "국내 핵융합 연구의 중심 기관이자 전 세계 핵융합 연구의 선도 기관으로서 핵융합에너지 실현이라는 목표 아래 인류의 에너지 문제 해결 및 진정한 에너지 강국 도약을 위해 앞으로도 최선을 다하겠다"고 말했다.


김성현 기자 larczard@