텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전·불순물 제어 등 연구
한국의 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’가 유럽의 주요 연구 기관과 함께 미래 핵융합로의 장시간 운전 기술 검증에 나선다.
27일 한국핵융합에너지연구원은 프랑스와 이탈리아, 독일, 핀란드의 핵융합 연구 기관과 ‘KSTAR 텅스텐 환경 장시간 플라즈마 공동연구 실행계획’에 서명했다고 밝혔다.
공동연구에는 프랑스 원자력·대체에너지청(CEA) 카다라슈와 이탈리아 국가신기술·에너지·지속가능경제개발청(ENEA) 프라스카티 연구센터, 독일 막스플랑크 플라즈마물리연구소(IPP) 가르힝, 핀란드 국가기술연구센터(VTT)가 참여한다.
미래 핵융합로에서 실제 에너지 생산을 실현하기 위해서는 초고온 플라즈마를 장시간 안정적으로 유지하는 기술이 필요하다. 이를 위해 플라즈마와 맞닿는 장치 내부 부품에는 고온에 강한 텅스텐 소재가 중요하게 활용된다.
다만 텅스텐은 높은 열을 견디는 장점이 있는 반면, 플라즈마와의 상호작용으로 발생한 텅스텐 불순물이 플라즈마 내부로 유입될 경우 성능이 떨어질 수 있다. 텅스텐 환경에서 플라즈마를 장시간 안정적으로 유지하고 불순물 영향을 줄이는 운전 기술 확보가 핵심 과제로 꼽히는 이유다.
이번 연구는 KSTAR의 장시간 고성능 플라즈마 운전 역량과 유럽 연구 기관의 텅스텐 장치 운전·분석 경험을 결합하는 데 초점을 둔다. 유럽 연구진은 텅스텐 적용 플라즈마 운전 연구에 쓰일 독일 IPP의 토카막 장치 ASDEX 업그레이드(AUG)와 텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전 연구를 수행할 프랑스 CEA의 토카막 장치 WEST를 활용한다. 핵융합에너지연구원은 KSTAR를 활용한 공동 실험, 데이터 분석, 모델링 연구를 함께 추진할 예정이다.
세부 협력 내용은 △텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전 △불순물 제어 △장치 내부 부품 열부하 저감 △플라즈마 불안정 현상 제어 △플라즈마 붕괴 영향 완화 △텅스텐 내부 부품 상태 진단 등이다.
특히 KSTAR는 올 하반기 플라즈마와 맞닿는 내부 부품을 텅스텐으로 바꾸는 업그레이드를 추진할 예정인 가운데, 공동연구를 통해 미래 핵융합로와 더욱 가까운 환경에서 장시간 플라즈마 운전 기술을 검증할 수 있을 것으로 기대된다.
핵융합에너지연구원은 이번 협력을 계기로 KSTAR가 미래 핵융합로 운전 조건을 검증하는 국제 공동연구 플랫폼으로서 역할을 확대하고 텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전 분야의 국내 연구 역량을 강화할 계획이다.
오영국 핵융합에너지연구원장은 “KSTAR는 장시간 고성능 플라즈마 운전과 정밀 제어 연구에서 국제적으로 중요한 역할을 수행해 왔다”며 “유럽 주요 핵융합 연구 기관과의 공동연구를 통해 미래 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술 확보에 기여하겠다”고 말했다.
