교육과학기술부(김도연 장관)는 7월 15일 우리나라 차세대 초전도 핵융합연구장치인 ‘KSTAR’가 최초 플라즈마 발생에 성공했다고 16일 밝혔다.
최초 플라즈마 발생 성공으로 KSTAR의 각 세부장치가 안정적으로 작동됨이 확인됐고, 고유가 시대에 차세대 청정·무한에너지로 기대되는 핵융합에너지 개발에 한발 더 다가서게 됐다.
KSTAR는 플라즈마 전류 133kA, 플라즈마 지속 시간 249ms(0.1초)를 발생하는 등 당초 예상 목표치를 뛰어 넘는 결과를 얻었다.
KSTAR 최초 플라즈마 목표는 1.5테슬라 자기장, 100kA 플라즈마 전류, 100ms 지속시간인 것으로 알려졌다.
과기부는 2007년 9월 장치 완공 후 최초 플라즈마 발생 실험을 위해 진공·극저온냉각·초전도자석·플라즈마 발생 시운전등 4단계에 걸친 장치의 종합 시운전을 수행했다.
세계적으로는 초전도 자석의 극저온 냉각 과정에서 누설 등으로 시운전이 지연되거나, 최초플라즈마 발생 달성에 실패한 경우가 허다했으나 교과부는 각 시운전 단계에서 장치의 성능을 저해하는 심각한 누설이나 결함으로 중단되는 일 없이 단 한 번의 시도로 종합시운전에 성공했다.
이는 EU, 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 등과 함께 수행하고 있는 국제핵융합실험로(ITER)의 설계와 동일한 사양의 초전도 재료인 Nb3Sn(니오븀 주석합금)을 세계 최초로 사용한 핵융합연구장치의 운전 성공 사례인 동시에, 우리나라가 세계 핵융합 연구의 주도국으로 성장하고 있음을 보여주는 의미있는 성과다.
또 기존의 장치와 달리 전자기파를 이용하여 투입되는 수소가스를 먼저 이온화 시키는 방법을 사용해 플라즈마 발생률을 높이는 등 효과적인 핵융합 연구를 위한 새로운 기술을 적용한 것으로 평가받고 있다.
이와 관련, 과기부는 KSTAR의 객관적이고 과학적인 검증을 위해 김정구 한국물리학회장을 위원장으로 하는 ‘KSTAR 플라즈마 검증 위원회’를 구성, 3차례에 걸쳐 현장에서 직접 플라즈마 달성 과정과 성능에 관한 검증을 수행한 바 있다.
검증위는 이번 최초 플라즈마 발생으로 우리나라가 본격적인 핵융합 연구를 수행하는 기반이 마련됐고, 초전도 자석을 사용함으로써 고성능 플라즈마를 장시간 발생시킬 수 있는 토대를 갖추게 됐다고 밝혔다.
또한 미국, 일본, 러시아와 ITER 국제기구의 소속인 약 24명의 해외 전문가들이 KSTAR의 종합 시운전에 동참했다.
과기부는 15일 대덕연구단지에 위치하고 있는 국가핵융합연구소에서 박종구 제2차관을 비롯 유희열 기초기술연구회 이사장 및 핵융합 관련자 등 150여명이 참석, KSTAR 최초플라즈마 발생을 기념하는 행사를 개최했다.
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)란…
태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 인공적으로 만들어 미래 에너지원으로 개발할 수 있도록 연구하는 토카막 장치로 약 12년 만에 개발·제작돼 지난해 9월 완공 후 본격적인 운전단계 돌입을 위한 종합 시운전을 수행해왔다.
토카막=핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치로 1950년대 러시아에서 처음 발명됐다.
진공시운전(2008. 4. 2 완료)=진공용기 3.0×10-8mbar, 저온용기 3.0×10-8mbar 진공유지.
극저온 냉각 시운전(2008. 5. 2 완료)
-초전도 자석 4.5K냉각 달성 및 유지 4) 초전도 자석 시운전 (2008. 6. 6 완료).
-TF 자석 단독운전 (15kA 8시간 연속운전).
-PF 자석별 단독운전 및 연동운전 완료.
플라즈마 발생 시운전(2008. 6. 30 완료)
- 최초 플라즈마 : 플라즈마 전류 107 kA, 유지시간 210 ms (6월 13일 달성).
- 최고 전류 플라즈마 : 플라즈마 전류 133 kA (6월 26일 달성).
- 최장 플라즈마 : 플라즈마 유지시간 389 ms, 124 kA이상 (6월 30일 달성).
