국산 인공태양 'KSTAR', 1억도 플라즈마 8초간 운전 성공

세계 최초로 '5초벽' 넘어…장시간 운전 개발 성과 확보

국내 기술로 개발한 인공태양 'K스타(KSTAR)'가 1억도(℃) 초고온 플라즈마(전자와 이온으로 분리된 기체 상태)를 8초간 유지하는 데 성공했다. 초고온 플라즈마의 장시간 운전기술 개발에 선도적인 성과를 확보했다는 평가다.

국가핵융합연구소(소장 유석재) KSTAR 연구센터는 작년 8월부터 지난달 말까지 진행한 '2019년 KSTAR 플라즈마 실험'에서 핵융합 핵심조건인 1억℃ 수준의 초고온 플라즈마 운전을 8초 이상 유지했다고 16일 밝혔다.

태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 만들기 위해서는 핵융합로 내부에 중수소·삼중수소를 넣어 이온 핵과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 만들고, 이온온도를 1억℃ 이상 초고온으로 가열해야 한다.

특히 핵융합 반응이 활발히 일어나도록 초고온 플라즈마를 오랫동안 안정적으로 유지하는 것이 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심기술이다.

국내 초전도핵융합연구장치인 KSTAR는 핵융합에너지 상용화 기술 확보를 위해 태양에너지의 원리인 핵융합 반응이 일어나는 초고온 플라즈마 실험을 수행하는 연구시설이다.

KSTAR는 지난 2018년 실험에서 태양 중심온도인 1천500만℃의 7배에 달하는 1억℃ 초고온 플라즈마를 약 1.5초 유지한 바 있다. 이번 실험에서는 초고온 플라즈마 유지시간을 5배 이상 연장하는 데 성공했다.

KSTAR 주 장치 사진. (사진=국가핵융합연구소)

글로벌 핵융합 연구장치에서 플라즈마 이온온도 1억℃ 수준의 초고온 플라즈마를 5초 이상 유지하는 데 성공한 것은 KSTAR가 최초로 꼽힌다.

윤시우 핵융합연 KSTAR 연구센터장은 "이번 성과는 본격적인 초고온 운전 실험 단계에 들어선 KSTAR가 다른 장치에서 수행하기 어려운 초고온 플라즈마의 장시간 운전기술 개발에 선도적인 성과를 확보했다는 것"이라고 강조했다.

KSTAR는 1억℃ 초고온 플라즈마 운전뿐 아니라 고성능 운전시나리오 개발, 플라즈마 붕괴완화 실험 등 향후 건설될 국제핵융합실험로(ITER)·핵융합로 난제 해결을 위한 80여개 주제의 실험도 수행했다.

이번 성과를 비롯한 KSTAR 실험결과는 오는 10월 프랑스에서 개최되는 핵융합 연구자들의 올림픽 'IAEA 핵융합에너지 콘퍼런스'에서 전 세계 핵융합 연구자들에게 공유된다.

또 KSTAR는 오는 8월부터 진행될 실험에서 초전도 토카막의 초고온 운전모드를 포함한 여러 고성능 운전모드의 성능과 지속시간 향상을 위한 실험을 추진할 예정이다. 이어 2025년 완공을 앞둔 ITER 장치의 성공적인 운전을 위해 필요한 당면 과제들의 해결에 집중할 계획이다.

유석재 핵융합연 소장은 "KSTAR 연구로 얻은 성과와 연구 역량은 국제공동으로 개발 중인 ITER 운전 단계에서 연구 주도권 확보에 기여하고, 향후 핵융합실증로 건설을 위한 핵심기술 확보로 이어질 것"이라며 "미래 에너지 개발이라는 전 인류적 목표 달성을 위해 세계를 선도하는 도전적인 연구를 이어가겠다"고 말했다.