핵융합 상용화에 한 발 '성큼'...핵융합硏, 고성능 플라즈마 운전 최장기록 갱신

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입력 2016.12.14 18:53
국가핵융합연구소는 2016년 초전도핵융합장치 'K스타(KSTAR)' 실험에서 고성능 플라즈마를 70초간 지속하는데 성공하면서 초전도 자기 밀폐형 핵융합 장치에서의 세계 최장 H-모드 운전 기록을 갱신했다고 14일 밝혔다.

국가핵융합연구소의 초전도핵융합장치 ‘K스타(KSTAR)’ 전경 / 국가핵융합연구소 제공
이는 작년 K스타가 달성한 기록(55초)이자 기존 세계 최장 기록을 뛰어넘는 성과다.
플라즈마는 원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직이는 물질의 4번째 상태로 우주의 99.9%를 차지하고 있다. 초고온의 플라즈마 상태에서는 원자핵이 반발력을 이기고 융합하는 핵융합 반응이 일어난다. 핵융합 장치 내에서 핵융합이 일어날 수 있도록 플라즈마를 연속적으로 운전하는 것은 핵융합 상용화를 위한 핵심 과제다.

K스타는 2009년 본격적인 가동 이후 연속 플라즈마 운전 기술 개발을 위한 고성능 플라즈마 운전 연구를 중점적으로 수행해왔다. 그 결과 2010년에는 초전도 핵융합 장치 내 특정 조건 하에서 플라즈마를 가두는 성능이 약 2배 증가하는 현상이 발생하는 H-모드를 달성했고, 이후 매년 세계 최장 기록을 갱신해왔다.

연구소는 또 올해 실험을 통해 차세대 핵융합로 운전모드 중 하나인 내부수송장벽(ITB) 운전 모드를 초전도 핵융합장치 중 최초로 구현했다. ITB 모드는 기존 H-모드의 최대 단점으로 꼽히는 플라즈마 경계선 불안정 현상(ELM)이 발생하지 않으면서도 H-모드 이상의 장시간 고성능 플라즈마를 효율적으로 제어할 수 있는 운전 모드다.

K스타에서 플라즈마를 발생시킨 후 특정 조건 하에서 가두고 있는 모습 / 국가핵융합연구소 제공
이러한 연구 결과는 최근 세계 최대 핵융합학회인 '국자원자력기구 핵융합에너지 컨퍼런스(FEC)'와 미국 물리학회 등을 통해 세계 핵융합 연구자들에게 소개됐다.

김기만 국가핵융합연구소 소장은 "K스타를 중심으로 한 국내 핵융합 연구 성과는 세계적으로 인정받는 높은 수준에 도달해 있다"며 "보다 선구적인 연구를 이어가기 위해 국내뿐 아니라 해외 핵융합 연구자들이 대거 K스타 연구에 참여할 수 있도록 국제공동연구 환경 조성에 힘쓰겠다"고 말했다.

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