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韓, ‘인공태양’ 핵심 기술 확보핵융합연구소 국제핵융합실험로 초기 운전 위한 핵심 기술 개발
안종호 기자 | jhahn@snmnews.com

  국내 연구진이 ‘인공태양’으로 불리는 미래 에너지원인 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술을 세계 최초로 확보했다.

  국가핵융합연구소는 초전도핵융합장치 KSTAR로 국제핵융합실험로(ITER) 기준 운전 조건에서 플라즈마 경계영역 불안정 현상(ELM)을 장시간 제어하는 데 성공했다고 밝혔다.

  이는 세계 핵융합 장치 중 처음으로 성공한 것이어서 핵융합 에너지 상용화 기술을 선점했다는 평가가 나온다.

  궁극의 에너지원인 핵융합발전은 지상에서 태양의 핵융합 반응을 구현하는 것으로, 온실가스나 고준위 방사성폐기물 배출이 없는 안전한 에너지원으로 주목받고 있다.

  우리나라와 미국, 유럽연합(EU) 등 7개국이 힘을 모아 국제핵융합실험로(ITER)를 건설 중인 가운데 국내 연구진이 ITER 초기 운전을 위한 핵심 기술을 개발했다.

  ITER 완공 뒤 본격적인 핵융합 연구에 들어가기 위해선 초기 운전단계에서 플라즈마 모양, 성능, 장시간 유지, ELM 제어의 4가지 조건을 충족해야 한다. 이런 기반 위에서 ITER의 운전목표인 에너지 증폭율(Q) 10을 달성할 수 있는 기술을 확보할 수 있다.

  핵융합 장치에서 플라즈마 상태로 연속 운전하는 것은 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심 기술이다. 초기 운전 단계에서 플라즈마 모양, 플라즈마 성능, 플라즈마 유지시간, 플라즈마 경계면 불안정성(ELM) 제어 등 4개의 조건이 필요하다.

  이중 ELM은 핵융합로 안에서 핵융합 반응이 일어나는 초고온의 플라즈마와 외부 간 압력 및 온도 차이로 발생한다.

  특히 ITER 같은 대형 핵융합로는 파손을 막기 위해 반드시 ELM을 제어해야 한다. ELM은 핵융합로 내부에서 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 초고온 플라즈마와 핵융합로 바깥쪽의 큰 압력 및 온도차로 인해 발생하는 불안정 현상이다.

  지금까지 세계 주요 핵융합 장치들은 최적의 운전 조건을 찾는 기술 연구를 수행했다. 하지만 ITER 초기 운전에 필요한 4개의 조건 중 ELM 제어와 장시간 운전 조건을 나머지 2개의 조건과 동시에 충족하지는 못했다.

  국가핵융합연구소가 1995년부터 2007년까지 12년에 걸쳐 국내 기술로 개발한 초전도핵융합장치 ‘KSTAR’는 최근 플라즈마 실험에서 ITER와 같은 운전 조건에서 34초 동안 ELM을 완벽하게 제어하는 데 성공했다.

  핵융합 장치 중 최초로 ITER에 적용되는 운전 조건 4가지를 모두 충족하는 핵융합로 기술을 확보한 것이다. 핵융합연구소 김기만 소장은 “KSTAR를 통해 미래 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술 확보에 앞장서겠다”고 밝혔다.
 

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