KSTAR, 세계 핵융합 기술 선도
KSTAR 10주년 기념식 및 컨퍼런스 개최
국내 기술로 개발된 초전도핵융합연구장치 KSTAR가 첫 플라즈마 발생에 성공한 지 올해로 10년을 맞았다. 이를 기념하고 그동안의 연구 성과를 공유하며 앞으로의 계획과 비전을 나누기 위해 국가핵융합연구소는 지난 20일 서울 코엑스에서 KSTAR 10주년 기념식을 가졌다.
KSTAR 10주년 기념식이 지난 20일 코엑스 그랜드볼룸에서 열렸다. ⓒ 김순강 / ScienceTimesKSTAR는 초전도 자석으로 자기장을 만들어 초고온의 플라즈마를 가두는 ‘토카막’(Tokamak)형 핵융합장치로, 일명 ‘한국의 인공태양’으로 불린다. 최근에 KSTAR는 핵융합의 가장 핵심적인 운전조건인 이온온도를 1억도 이상으로 올리는데 성공해 핵융합에너지 상용화의 문턱을 넘은 것으로 기대를 모았다.
한국의 인공태양 ‘KSTAR’ 운영 10년
이날 기념식에서 유석재 국가핵융합연구소장은 환영사를 통해 “최근 기후변화 대응을 위해 우리 사회는 차세대 에너지원에 대한 고민을 많이 하고 있다. 핵융합에너지가 가장 경쟁력 있는 미래 에너지원의 대안이 될 것”이라며 “올해는 세계 최초로 KSTAR 플라즈마 이온온도를 1억도 이상, 10초간 유지하는 도전적인 목표를 세웠고, 이것을 기반으로 세계 핵융합연구를 주도해 나갈 것”이라고 밝혔다.
축사를 전한 문미옥 과학기술정보통신부 제1차관은 “지구에 태양을 만들겠다는 꿈으로 시작된 KSTAR를 지난 10년간 성공적으로 운영하면서 우리나라가 세계 핵융합연구에 큰 기여를 했다. 특히 인류 최대의 핵융합프로젝트인 국제핵융합실험로사업(ITER)에 핵심적 역할을 감당하면서 그것이 우리나라 핵융합 실증로 기술 개발 사업으로 선순환이 이뤄지기를 바란다”고 전했다.
KSTAR 주장치 측면모습 ⓒ 국가핵융합연구소또한 ITER 국제기구 베르나 비고(Bernard Bigot) 사무총장은 영상메시지를 통해 “KSTAR는 ITER와 핵융합연구개발의 성과에 매우 귀중한 기여를 할 수 있는 세계에서 몇 안되는 시설 중 하나”라며 “핵융합은 중장기적으로 미래를 위한 최선의 대안으로, 폐기물이나 무기 확산과 관련된 우려 없이 안전하고 깨끗하며 사실상 무제한의 에너지원을 제공할 수 있다”고 강조했다.
하지만 “핵융합 기술은 어려운 도전적 과제이기 때문에 금세기 말까지 핵융합에너지를 상용화 하려면 무엇보다 국제협력이 중요하다”며 “ITER는 전 세계 인구의 50%이상, 세계 경제의 80% 이상을 대표하는 35개국이 협력하여 과학적·산업적으로 핵융합에너지의 실현가능성을 실증하고 있는데 최근에는 2025년 최초 플라즈마 달성을 위한 진도율이 60%를 넘어섰고, 성공을 향한 궤도를 유지하고 있다”고 소개했다.
KSTAR, 국제핵융합실험로사업에 핵심 파트너
아울러 “ITER는 한국의 산업계 지도자들과 긴밀히 협력해 왔고, KSTAR로부터 직접적인 수혜도 받았다”며 “한국은 진공용기, 열차폐체, TF코일 케이스, 변압기, 토카막 섹터 조립을 가능하게 하는 섹터 부조립장비 등 ITER의 중요 품목들을 조달하는 핵심 파트너”라고 감사의 말을 전했다.
이현곤 부소장이 KSTAR 성과와 향후 계획에 대해 발표했다. ⓒ 김순강 / ScienceTimes 특별히 이날 기념식에서는 그간의 성과와 함께 향후 KSTAR의 계획을 발표했다. 이현곤 국가핵융합연구소 부소장은 고정밀 자기장, 고급 영상 진단기술, 제어용 내부 코일, 고성능 가열장치 등 KSTAR 장치의 우수성을 소개하면서 “KSTAR의 임무는 고온, 고밀도 핵융합 플라즈마의 장시간 유지 기술을 개발하는 것”이라고 밝혔다.
이를 위해 2009년에 플라즈마 전류 300kA를 2초간 달성해 KSTAR 실험에 대한 국제적 관심을 모았으며, 2011년에는 난제였던 플라즈마 경계면불안정현상(ELM) 억제에 성공했고 세계 최초 영상(ECEI) 관측에 성공했다.
2013년에는 H-모드 플라즈마를 20초간 장시간 유지를, 다음해에는 40초(0.5MA) 장시간 유지 및 고효율 성능을 달성했다. 2017년에는 세계 최장 시간(34초) 경계면불안정(ELM) 억제를 이뤄냈으며, 지난해는 초전도 토카막에서 플라즈마 이온 온도 1억도를 1.5초 유지했고 H-모드도 90초간 유지하는 성과를 거뒀다.
2025년까지 플라즈마 300초 유지 목표
이현곤 부소장은 “이온은 전자보다 무거워 온도를 올리기가 쉽지 않기 때문에 비록 1.5초라는 짧은 유지시간이지만 1억도 이상으로 온도를 올린 것은 대단한 일”이라며 “올해 안에 유지시간을 10초로 올리고, 그것을 바탕으로 2025년까지 초고온 플라즈마 300초 유지를 위해 연구를 계속해 나갈 것”이라고 향후 KSTAR 계획을 밝혔다.
이밖에도 이날 기념식에는 스티븐 코올리 미국 프린스턴플라즈마물리연구소(PPPL) 소장, 유타카 카마다 일본 국립양자과학기술연구개발기구(QST) 나카 핵융합연구소 부소장, 토니 도네 유로퓨전(EUROfusion) 프로그램 매니저, 이경수 국제핵융합실험로 기술 총괄 사무차장 등이 참석해 축하했다.
ITER에서 일한지 3년 3개월 됐다는 이경수 사무차장은 격려사를 통해 “한국의 과학자들이 KSTAR 기술을 ITER에 제공하며 그곳에서 배운 것을 가지고 한국에 돌아와 한국의 핵융합연구 발전에 기여할 수 있기를 바란다”고 말했다.
격려사를 전하고 있는 이경수 ITER 사무차장 ⓒ 김순강 / ScienceTimes이들은 기념식 후에 KSTAR 공동실험 결과를 비롯하여 국내 핵융합분야의 주요 연구현황과 성과를 공유하기 위해 마련된 컨퍼런스에도 함께했다. 여기서 현재 미국의 상전도 토카막형 핵융합장치인 NSTX 운영을 책임지고 있는 스티븐 코올리 소장이 핵융합의 비용과 규모를 어떻게 낮출 수 있는지에 대해 발제했다.
그는 “요즘 들어 미국에서는 민간 산업계가 다양한 핵융합 방식에 대한 투자를 진행하는 등 핵융합에너지에 대한 관심이 높아지고 있다”며 “지금 운영되고 있는 NSTX의 업그레이드를 완료하여 2025년까지 파워플랜트를 건설할 계획을 추진 중”이라고 밝혔다.
1억 도 이상 KSTAR, 핵융합에너지 상용화 첫발
아울러 “이온온도를 1억 도 이상으로 유지한다는 것은 핵융합에너지를 상용화하는데 있어서 매주 중요한 관문이 아닐 수 없다”며 “그렇기 때문에 KSTAR가 최근에 1억 도 이상을 1.5초 동안 유지에 성공한 것은 상용화를 위한 첫발을 내딛은 것과 같은 의미”라고 평가했다.
KSTAR 컨퍼런스에서 스티븐 코올리 소장이 첫 번째 발제를 했다. ⓒ 김순강 / ScienceTimes또 일본의 대형 초전도 토카막형 핵융합장치 JT-60SA 프로젝트 책임자인 유타카 카마다 부소장은 “일본에서는 핵융합에너지 연구가 현실적인 에너지원의 개발이라는 인식을 바탕으로 진행되고 있다”며 “2007년 EU와 BA(Broader Approach) 협정을 체결하고 2020년 운영 시작을 목표로 JT-60SA를 건설하고 있다”고 밝혔다.
유타카 카마다 부소장도 “KSTAR는 고온과 장시간이라는 플라즈마 운전의 중요한 요소를 둘 다 달성할 수 있는 장치로 가능성을 보여줬다”고 평가하면서 “핵융합에너지 연구 초반에는 일본이 한국을 앞서고 있었던 것이 사실이다. 하지만 KSTAR 이후에 한국의 과학자들이 ITER 건설현장에서 많이 활약 하고 있는 등 한국의 핵융합에너지 연구가 빠른 시간에 급성장했다고 생각한다”고 덧붙였다.
김순강 객원기자
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