KSTAR, 미래 핵융합로 대비 본격 실험 돌입

텅스텐 내벽 환경에서 고성능·장시간 플라즈마 운전 검증…AI 제어 기술도 적용

한국형 인공태양 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 미래 핵융합로 운전을 위한 본격적인 실험에 들어갔다.

한국핵융합에너지연구원은 27일 "초고온 플라즈마의 안정적 장시간 운전 기술 확보를 목표로 2025년도 KSTAR 플라즈마 실험을 시작했다"고 밝혔다.

KSTAR 전경. 핵융합연 제공

핵융합에너지를 상용화하기 위해서는 수억 도의 초고온 플라즈마를 안정적으로 오래 유지하는 운전 기술이 필수다. KSTAR는 이 분야에서 세계적으로 가장 긴 100초 이상 고성능 플라즈마 운전에 성공한 바 있으며, 올해부터는 미래 핵융합로 환경을 모사한 실험 단계로 진입했다.

이번 실험의 핵심은 텅스텐 내벽 환경에서의 플라즈마 운전 기술 검증이다. KSTAR는 2023년 국제핵융합실험로(ITER)와 동일한 텅스텐 디버터(divertor)를 장착한 이후, 고온에 강하지만 불순물 발생이 잦은 텅스텐 재질에 적응하는 연구를 지속해왔다.

올해는 단순한 재현을 넘어 텅스텐 환경에서도 안정적인 고성능 플라즈마를 구현하기 위한 운전 시나리오 개발에 집중한다.

텅스텐 불순물 제어는 현재 전 세계 핵융합 연구계의 최대 난제 중 하나다. 핵융합연은 다양한 가열·연료 주입 방식을 조합해 불순물의 거동을 정밀 분석하고, 이를 억제하는 최적 운전 조건을 찾아낼 계획이다. 또한 가열, 전류구동, 자기장 제어 등 주요 운전 요소 간 상호작용을 종합적으로 검증해, 미래 핵융합로가 요구하는 고압·고전류·안정성 조건을 동시에 만족하는 플라즈마를 구현할 예정이다.

특히 이번 실험에는 AI·머신러닝 기반 실시간 제어 기술이 새롭게 적용된다. 이를 통해 플라즈마의 미세한 변화를 즉각 감지하고 대응하며, 고속이온 등 복잡한 물리 현상을 규명하기 위한 연구도 병행된다.

오영국 원장은 "전 세계적으로 핵융합에너지 상용화를 앞당기기 위한 경쟁이 치열해지는 가운데, KSTAR는 미래 핵융합로 운전에 직접 활용될 핵심 기술 확보에 속도를 내고 있다"며 "국제 공동연구와 AI 등 최신 기술을 적극 활용해 핵융합에너지 실현 역량을 한층 강화하겠다"고 말했다.

한편 이번 KSTAR 플라즈마 실험은 올해 12월까지 이어지며, 약 한 달간의 장치 점검을 거쳐 2026년 2월 바로 차년도 실험에 돌입할 예정이다. 이는 장치 운영을 중단하지 않고 두 해 연속 실험을 진행하는 이례적 조치로, KSTAR의 내벽 전체를 텅스텐 타일로 교체하기 위한 준비 과정이기도 하다. 핵융합연은 이를 통해 KSTAR를 미래 핵융합로와 유사한 조건으로 발전시켜, 연구의 정밀성과 실효성을 더욱 높일 계획이다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr