본문 바로가기 주메뉴 바로가기

핵융합

  • Fusion Story
  • 핵융합
핵융합의 다른 글

201804.13

핵융합 발전의 ‘시나리오’ 해법 찾는 전문가들

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/801

4월 9~12일, 제20회 ITPA 통합운전시나리오 그룹회의개최

 

4월 9일부터 11일까지 3일간 대전 인터시티 호텔에서 ITPA 통합운전시나리오 그룹회의가 개최되었다. 

 

 좋은 설계는 좋은 집을 짓는 길잡이입니다. 시대의 초상이라고도 불리는 건축은 건물의 사용 목적은 물론 지반과 재료의 특성, 이용자의 성향, 나아가 시대상까지 고려한 설계를 바탕으로 완성됩니다. 국제핵융합실험로 ITER 역시 1억℃가 넘는 고성능 플라즈마의 장시간 운전에 성공하고 핵융합 상용화를 이끄는 도전적인 역사를 써내려가기 위해서는 다양한 장치의 운전과 물리현상에 따른 변수를 예측하여 실험을 인도할 안내서가 필요합니다. 바로 ITER 운전 시나리오입니다. 

 

 일반적으로 영화 대본을 뜻하는 ‘시나리오(scenario)’는 장면과 장면을 엮어 이야기 구조를 완성하는 뼈대인데요. 시나리오가 완성돼야 영화 촬영이 시작되듯 핵융합 실험을 진행하기 위해서는 핵융합로 전원장치 가동부터 플라즈마의 생성과 가둠, 유지와 소멸에 이르는 모든 실험절차와 운전조건을 명시한 ‘운전 시나리오’가 먼저 마련돼야 합니다.

 

“핵융합에서 시나리오가 중요한 이유” 바로가기

 

 2025년 첫 플라즈마 발생을 앞둔 ITER의 운전 시나리오 해법을 찾기 위해 우리나라는 물론 미국, 프랑스, 영국, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 스페인, 일본, 중국 등 세계 10여 개국 40여 명의 연구진이 과학도시 대전을 찾았습니다.

 

 바로 ITER 회원국의 전문가들로 구성된 토카막플라즈마물리 연구 수행 단체인 ITPA(International Tokamak Physics Activity)의 7개 분과 중 하나인 통합운전시나리오(IOS: Integrated Operation Scenarios) 그룹의 제20회 정례회의 개최 소식입니다.

 

IOS 의장 서울대 나용수 교수는 IOS의 한국 개최가 KSTAR의 더 큰 역할을 촉진하는 시발점이 되길 기대했다.

 

 IOS 그룹은 4월 9일 오전 9시 대전 인터시티호텔에서 국가핵융합연구소 곽종구 초고온플라즈마연구부장의 안내로 3박 4일의 일정을 시작했는데요. 참가자들은 우리나라의 초전도핵융합장치 KSTAR를 비롯해 각국의 핵융합장치 연구결과를 공유하고 ITER 운전 시나리오를 점검하며 새로운 목표를 확인했습니다.  

 

 특히 KSTAR는 지난해 ITER에서 요구하는 플라즈마 형상과 성능을 동시에 충족하며 핵융합의 최대 난제 중 하나로 손꼽히는 ‘플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)’의 완벽 제어에 성공하여 참가자들의 시선을 끌었습니다. 또 지난 12월 서울대학교 나용수 교수가 IOS 의장으로 선임된 만큼 한국의 앞선 핵융합 기술을 알리는 뜻깊은 시간이 됐습니다.
 


6개월에 한 번 ITER 운전시나리오를 점검한다

 

“ITPA는 ITER의 성공적인 운전을 선제적으로 고민하고 연구하는 조직입니다. 세계 각국의 핵융합로 실험 및 이론해석-전산모사 연구 결과를 공유하여 성공적인 ITER 운전의 방향을 마련하는 한편 각국의 플라즈마 정보를 공유하고 있습니다.”

 

핵융합(연) 전영무 고성능시나리오연구팀장의 설명에 따르면 통합운전시나리오그룹(IOS)은 우리나라의 KSTAR를 비롯해 미국의 DIII-D, 영국의 JET, 독일의 ASDEX, 중국의 EAST, 일본의 JT-60과 같은 각국의 핵융합장치를 이용한 실험으로 향후 ITER 운전에 필요한 시나리오를  검증하고 있습니다.

 

이들 각 핵융합 장치들은 토카막을 구성하는 수많은 부품과 시스템, 그리고 자기장 세기, 플라즈마의 전류와 압력, 밀도의 복잡한 제어조건들을 파악하여 장치가 최고의 성능을 발휘할 수 있는 제어기술을 축적해 왔는데요. 이러한 경험을 바탕으로 ITER에서 활용 가능한 시나리오를 실험을 통해 검증하고 예상 가능한 다양한 변수들을 확인하고 있습니다.
 
실험에는 ITER의 표준운전, 하이브리드 운전 및 정상상태 운전 시나리오가 포함됩니다. 또 전산시뮬레이션을 통해 ITER 운전시나리오 최적화도 연구합니다. 나아가 고온·고압의 플라즈마를 가둘 저장용기 등 플라즈마 대면구조물이 갖춰야 할 공학적인 이슈를 해결하여 궁극적으로 ITER에서 고성능 플라즈마의 장시간 연속운전이 가능한 운전 시나리오를 수립한다는 계획입니다. IOS 그룹은 6개월에 한 번 회의를 열고 관련 연구성과를 발표하고, 또 이후 진행할 연구 우선순위를 검토합니다.

 

회의에 참석한 해외 연구자들을 핵융합(연)에 초청하여 KSTAR 장치 투어를 진행하였다.

 

“KSTAR는 현존 핵융합 장치 중 ITER 시나리오 가장 잘 표현”

 

 첫 플라즈마 발생 예정인 2025년이 약 7년 앞으로 다가온 만큼 IOS 그룹회의는 각국의 구체적인 실험결과와 미래 전망과 관련한 논의로 그 어느 때보다 활기차게 진행됐습니다.

 

 행사 첫날 지난해 KSTAR의 연속운전 시나리오, 내부수송장벽 시나리오, 하이브리드 운전 시나리오와 관련된 운전 성과를 발표한 전 팀장은 “ITER 운전조건에서의 KSTAR ELM 제어 성공은 플라즈마가 상용 발전이 가능한 환경에서 운전될 수 있음을 의미하는 것”이라며 KSTAR 연구성과의 의미를 밝혔습니다. 


 KSTAR가 완공되기 전인 2005년부터 IOS에 참가해 온 나용수 교수는 “KSTAR는 현존하는 토카막 장치 중 ITER 운전 시나리오를 가장 잘 표현할 수 있을 뿐 아니라 해마다 우수한 연구성과를 도출해 그룹의 이슈를 선도하고 있다.”며 “이번 IOS의 한국 개최가 KSTAR의 더 큰 역할을 촉진하는 시발점이 되길 바란다.”고 소감을 전했는데요.

 

 장밋빛 전망 가운데서도 앞으로 난제를 풀기 위한 고민도 함께 했습니다. 바로 “KSTAR가 ITER를 넘어선 고성능 운전 시나리오 연구를 이끌어 향후 DEMO연구에도 기여해야 한다.”는 주문입니다. 

 

 한편 행사 둘째 날인 10일은 IOS 그룹과 수송 및 가둠(T&C: Transport and Confinement) 그룹이 함께 KSTAR 연구현장을 방문하고 공동 세션을 개최하였습니다. T&C 그룹은 물리기반모델 개발에 대해, 또 IOS 그룹은 개발된 모델을 기반으로 예측 연구를 진행하는 만큼 두 그룹의 논의가 ITER의 성공적인 운전에 중요한 역할을 하리란 기대입니다.

 

 각국이 ITER라는 하나의 목표를 공유하고 있는 만큼 짧은 시간이었지만 서로의 이해와 관심을 확인하고 나아갈 방향을 확인할 수 있었습니다. “제20회 IOS 전문가 그룹회의가 각국의 토카막 연구장치 연구자들 간 만남과 토론의 장을 열어주는 기회가 되길 바란다.”는 전영무 팀장의 바람처럼 이번 회의가 ITER의 성공을 위해 세계 각국의 협력과 성장을 이끌어낼 수 있는 촉매가 되기를 기대해 봅니다.

 

회의에 집중하고 있는 연구자들의 모습

 

  •  좋아요 bg
    1
    좋아요 bg
  •  카카오스토리 공유 bg
    1
    카카오스토리 공유 bg
  •  카카오톡 공유 bg
    1
    카카오톡 공유 bg

댓글 0

정보에 대해 만족하십니까?

TOP