핵융합연, 인공태양 ‘KSTAR’ 1억도 20초 유지 성공...세계 신기록

한국의 인공태양인 ‘KSTAR’가 1억도 초고온 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공하면서 세계 신기록은 물론 핵융합 연구의 새로운 역사를 썼다.

한국핵융합에너지연구원(원장 유석재) KSTAR연구센터는 서울대 및 미국 콜롬비아대와 공동연구를 통해 1억도 초고온 플라즈마를 20초 이상 연속 운전하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

KSTAR는 95년부터 12년에 걸쳐 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합연구장치로 2008년 최초 플라즈마 발생해 성공했고, 국제 핵융합 공동 연구장치 핵심으로 주목받고 있다.

이번 성과는 지난해 기록인 8초를 두 배 이상 뛰어넘는 결과로 KSTAR는 매년 초고온 플라즈마 운전 세계 기록을 경신하고 있다.

초고온, 고밀도 상태인 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 만들기 위해서는 KSTAR와 같은 핵융합 장치 내부에 연료를 넣고 핵을 구성하는 이온과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 만든 후, 이온온도를 1억도 이상 초고온으로 가열하고 유지해야 한다.

그동안 다른 핵융합 장치들은 순간적으로 1억도 이상 초고온 플라즈마를 달성하는 데는 성공했지만, 이를 10초 이상 유지하는 벽을 넘지 못했다. 이는 상전도 장치의 운전 한계*와 핵융합로 내에 안정적으로 초고온 플라즈마를 장시간 유지할 수 있는 운전기술의 개발이 어려웠기 때문이다.

KSTAR는 올해 실험에서 지난해 달성한 차세대 플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽(Internal Transport Barrier, ITB)모드3)의 성능을 향상시키는 노력을 통해, 기존 초고온 플라즈마 운전의 한계를 넘어 장시간 플라즈마를 유지하는 데 성공할 수 있었다.

핵융합(연) 윤시우 KSTAR연구센터장은 “1억도 초고온 플라즈마의 장시간 운전기술은 핵융합에너지 실현을 위한 핵융합 핵심 과제로 이번 KSTAR의 초고온 플라즈마 20초 유지 성과는 장시간 고성능 플라즈마 운전기술 확보를 위한 중요한 전환점이 될 것으로 본다”고 밝혔다.

서울대 원자핵공학과 나용수 교수는 “KSTAR 실험을 통해 장시간 초고온 운전에 성공함으로써 핵융합에너지 실현을 위한 핵융합로 운전 기술 개발에 한 발짝 더 나아가게 됐다”고 설명했다.

지난 8월부터 장치 운전을 시작한 KSTAR는 오는 12월 10일까지 플라즈마 발생 실험을 지속할 계획으로 고성능 플라즈마 운전 및 플라즈마 붕괴완화 실험 등 국내외 공동연구 실험을 포함해 총 110건의 플라즈마 실험을 수행하게 된다.

KSTAR의 최종 운전 목표는 2025년까지 1억도 초고온 플라즈마의 300초 연속운전을 달성하는 것이다.

핵융합연 유석재 원장은 “독립 연구기관인 한국핵융합에너지연구원으로 새롭게 출범함과 동시에 세계적인 핵융합 연구성과를 국민에게 알릴 수 있게 돼 기쁘다”며 “세계 핵융합 연구를 선도하는 기관으로서 핵융합에너지 실현이라는 전 인류적 목표 달성을 위해 도전적인 연구를 이어가겠다”라고 밝혔다.

한편 한국핵융합에너지연구원은 지난달 기존 한국기초과학지원 연구원 부설기관이었던 국가핵융합연구소에서 독립연구기관으로 변경 설립되었으며, 오는 27일 개원식을 개최한다.