국제핵융합로 가열장치, KSTAR서 시험운전 성공

국가행융합연구소가 또 한 번 중대실험에 성공했다. 이번에는 한․미․일 등 핵융합 선진 7개국이 프랑스 남부 카다라시에 건설 중인 ‘국제공동 핵융합실험로(ITER)’에 사용할 가열장치를 ‘KSTAR’에 설치, 시험운전을 성공적으로 마쳤다.  

연구소는 ITER에 사용할 초고주파 가열장치(‘170GHz 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 시스템)'을 한국형 차세대 핵융합장치인 ‘KSTAR’에 세계 최초로 설치, 이를 이용한 핵융합 장치의 초기 시동 및 플라즈마 가열에 성공했다고 2일 밝혔다.

현재 개발된 장치 중 가장 높은 주파수를 가진 ‘170GHz(기가헤르츠) 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 시스템’은 핵융합 장치에서 생성되는 플라즈마의 부분적 가열 및 전류 분포 제어에 가장 효과적인 장치이다.

이 때문에 국제핵융합실험로(ITER)를 포함한 미래 핵융합로의 가열장치 분야 핵심 기술로 평가받고 있다. 

이번 성과는 핵융합 가열장치 시스템 개발 초기단계부터 핵융합 장치 적용 단계까지 한·미·일 등 ITER사업 참여국들의 공동협력이 거둔 대표적 성공사례라는 점에서 의미가 크다.

실험에 사용된 가열장치 핵심부품인 170GHz, 1MW급 자이로트론 발진기는 일본원자력개발기구와의 협약을 통해 무상 임대해 설치했다. 또 초고주파 위치를 제어하는 마이크로파 빔 입사장치는 美 프린스턴 플라즈마물리연구소(PPPL)와 포스텍 ‘플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터’가 공동 개발했다.

자이로트론 운전용 대용량 고전압 전원장치와 통합 제어 시스템은 ‘KSTAR 운영사업단’이 개발했다.

핵융합연구소 권면 KSTAR 운영사업단장은 “이번 성과는 ITER에 적용될 가열 시스템의 기본실험이 KSTAR에서 먼저 이뤄졌다는 사실 뿐 아니라, 각 국이 강점을 가진 분야를 통합해 시스템을 최적화 한 대표적인 국제협력 성공사례라는 점에서 큰 의미가 있다”고 밝혔다.

한편 지난 4월부터 4번째 장치 가동에 들어간 ‘KSTAR’는 현재 플라즈마 발생 실험을 진행 중이다. 8월 말까지 플라즈마 실험을 진행한 후 장치 승온 작업 등을 통해 9월말 가동을 마칠 예정이다.

※용어 설명

▷KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)

‘한국형 차세대 초전도 핵융합장치’의 줄임말로 일명 ‘한국의 태양’이라 불린다.

현존하는 핵융합장치 중 최고 성능을 자랑하고 있으며 국내연구진에 의해 독자 개발됐다.
세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작됐으며 국제핵융합 공동 연구시설로 운영되고 있다. 

▷국제핵융합실험로(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)

핵융합에너지 상용화를 위한 과학적․기술적 실증을 위해 우리나라를 비롯 유럽연합, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 대형 국제 협력 프로젝트다.
현재 프랑스 남부 카다라시에 핵융합로를 건설 중이다. 2018년 완공, 2019년 11월 첫 플라즈마 발생 성공을 목표로 하고 있다.