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201604.20

2016 플라즈마 실험을 준비하는 KSTAR의 비밀병기 세 가지

시스템 관리자   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/kstar/482



 2016년 제9회 KSTAR 캠페인이 시작되었습니다.

 

 KSTAR는 지난해 핵융합 연구를 위한 최적의 운전 환경인 고성능 플라즈마를 55초 간 유지하며 세계최장시간달성, 가열 장치만을 활용해 플라즈마를 유지시켜주는 ‘비유도성 전류구동 방식’으로 세계 최초로 H-모드 12초 기록 달성 등 눈에 띄는 성과들을 보여주며 세계 최고의 핵융합연구장치임을 다시 한 번 증명했습니다.

 

 올해 역시 KSTAR는 세계 최고의 타이틀을 이어가기 위해 다른 장치와의 경쟁이 아닌 ‘자신과의 싸움’을 한 해 동안 해나가야 할 텐데요. 국가핵융합연구소 연구진은 KSTAR 장치 차원에서도 다양한 변화를 주며 올해 2016 캠페인 준비에 만전을 기했습니다. 과연 KSTAR는 어떤 변화와 함께 2016 캠페인을 준비했을까요? 

 


 

2016 KSTAR 비밀병기 세 가지

 


 첫째로 KSTAR 진공용기 내부에 극저온 진공펌프가 추가되었습니다. 

진공펌프란 KSTAR 장치 내부를 우주와 같은 진공상태로 만드는 장치로, 플라즈마 실험을 위한 준비 단계에서 사용되는 중요한 장치입니다.

 

 그동안에는 일반 가정용 청소기 1,300여대와 맞먹는 3종류의 진공펌프 12대를 이용하여 KSTAR를 진공 상태로 만들었는데,올 해 실험을 앞두고 액체 헬륨을 이용하여 극저온의 상태에서 기체를 뽑아내는 ‘극저온 진공펌프’가 한 종류 더 추가된 것입니다. 

 

 ‘극저온 진공펌프’는 액체 헬륨을 이용하여 진공용기 내부의 기체 및 플라즈마 실험 중에 발생하는 기체들을 냉각시켜 포집하므로 기존의 진공상태보다 약 2배 정도 더 효과적으로 진공용기 내부의 기체를 포집할 수 있습니다. 

 

 따라서 올해부터는 플라즈마 발생과 유지 조건 등을 좀 더 안정적으로 제어함으로써 보다 우수한 플라즈마를 발생시킬 수 있을 것으로 기대됩니다. 



 두 번째는 플라즈마 대면 장치(Plasma Facing Component, PFC)용 냉각수 설비가 일부 구간에 적용되는 것입니다. 

 

 PFC는 진공용기 내벽에 부착되는 타일(tile)로 초고온 플라즈마 입자나 열로부터 KSTAR 장치를 구성하는 진공용기, 가열 시스템 및 진단장비들을 보호하는 역할을 합니다. 

 

 PFC는 플라즈마 실험 과정에서 초고온 플라즈마에 의해 직/간접적으로 영향을 받게 되므로 내열성이 매우 좋은 소재들로 이루어져 있으며, 타일의 뒷면에는 냉각수관을 설치하여 열부하가 기준치 이상으로 걸리지 않도록 해야 합니다.

 

 올해부터는 PFC 일부 부분에 PFC 냉각수 설비를 설치함으로써 플라즈마 실험 후 상승된 PFC 온도를 신속하여 정상화하여 반복되는 플라즈마 실험에서도 KSTAR가 매 회 최적의 컨디션으로 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 할 것입니다. 이후, 2016년 실험 결과를 바탕으로 PFC 냉각수 공급 설비를 전체 PFC에도 확대 설치할 예정입니다. 



 세 번째는 펠렛 인젝션 시스템(Pellet Injection System)의 도입입니다. 현재 KSTAR의 경우 기체 상태로 만들어진 ‘중수소’만을 사용하여 플라즈마 발생 실험을 진행하고 있습니다.

 

 하지만 기체 상태의 연료를 주입할 경우 신속하게 충분한 양의 중수소를 플라즈마 중심부까지 주입시키기 어렵고, 플라즈마의 바깥쪽부터 확산해 들어가는 방식이라 고성능 플라즈마를 발생시키는 데 한계가 있었습니다.

 

 그러나 이번 펠렛 인젝션 시스템, 즉 고체 상태의 중수소를 플라즈마의 중심부로 바로 주입시키는 시스템 도입을 통하여 기존보다 더욱 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

 

 


‘최고’의 장치 곁에는 ‘최고’의 연구진이..

 

 KSTAR가 그동안 최초, 그리고 최고의 기록을 보여주었던 것이 오직 장치의 우수성 덕분이라고는 할 수 없을 것입니다. 우수한 장치를 만들고, 더 나은 장치로 발전시킨 연구자들, 다양한 시나리오의 플라즈마 실험을 진행하며 KSTAR의 우수성을 이끌어 낸 연구자들, 그 외 자신이 맡은 역할을 묵묵히 해 온 모든 연구자와 기술자들의 땀과 열정이 있었기에 KSTAR는 최고의 장치로서 최고의 기록을 보여줄 수 있었습니다.

 

 현재 KSTAR는 2016년 플라즈마 실험을 위해 진공배기 과정을 진행하고 있으며, 5월 중 극저온냉각운전, 초전도자석 및 전원시험  등을 거쳐 6월 본격적으로 13주간의 플라즈마 실험을 진행할 예정입니다. 이 후, 승온 운전을 거쳐 10월 중순 올해의 실험을 완벽하게 마치기까지 꽉 찬 6개월의 일정을 앞두고 있습니다. 올해 KSTAR와 우리의 연구진들은 또 어떤 결과로 우리를 놀라게 할까요?

 

 KSTAR의 2016년을 기대해주시길 바랍니다!


 

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