현실화되는 핵융합에너지…장시간 운전 가능성 열려

[아시아경제 정종오 기자]차세대 에너지원인 '핵융합에너지' 개발이 현실화되고 있다.

교육과학기술부(장관 이주호)와 국가핵융합연구소(소장 권면)는 26일 '2012년 KSTAR(초전도핵융합장치) 플라즈마 실험결과'를 발표했다. 올해 가장 핵심적 KSTAR 실험성과로 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마를 17초 동안(플라즈마 전류:600kA) 안정적으로 유지해 핵융합에너지 상용화에 필수적인 '장시간 운전'을 위한 첫 발을 내디딘 것을 꼽았다.

17초 유지 결과는 올해 KSTAR 실험목표(H-모드: 600kA/10초)와 비(非) 초전도 핵융합장치들의 일반적인 H-모드 운전시간의 한계인 10초 벽을 돌파한 것으로 우리나라가 핵융합 장치의 장시간 운전기술 분야에서 주도적 위치를 확보하게 됐다는 점에서 큰 의미가 있다고 국가핵융합연구소는 풀이했다.

▲초전도핵융합장치(KSTAR)

그동안 여러 차례 실험에서 불안정한 플라즈마 움직임으로 H-모드를 장시간 유지하기 어려웠다. KSTAR는 이런 문제를 해결하기 위해 올해 초부터 초전도 자석을 이용한 실시간 플라즈마 형상제어 기술 등 보다 나은 제어기술을 적용했다. 5000 만도에 달하는 고온의 플라즈마와 진공 용기 벽 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 KSTAR에 적용된 제어기술의 핵심이다.

또 핵융합 플라즈마 운전 안정성 측면에서도 중요한 성과가 있었다. KSTAR 실험에서 플라즈마의 '압력비'를 이론상 한계(2.5 이상)까지 높이는 데 성공해 앞으로 경제성 있는 한국형 핵융합실증로(K-DEMO)의 설계 및 운전조건 개발에 KSTAR가 효과적으로 활용될 수 있음을 확인했다.

KSTAR 실험은 핵융합로의 고온 플라즈마 경계면에서의 큰 압력 변화 때문에 플라즈마가 불안정해지는 '플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM))' 해결에 관한 새로운 실마리도 제공했다. 지난 해 세계 최초로 ELM 현상을 완벽하게 제어한데 이어 올해는 포스텍과 공동으로 개발·설치한 2차원 첨단 전자영상 진단장치 (ECEI) 두 대를 이용해 세계 최초로 ELM 발생과 제어 전 과정의 물리현상을 3차원적으로 측정·분석하는데 성공했다.

교과부 이근재 기초연구정책관은 "KSTAR의 우수한 연구 성과는 우리나라가 핵융합에너지 상용화 기술 확보에서 앞서 나가는 국가로 전 세계에 인식시키는 계기가 될 것"이라고 말했다.