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KSTAR

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201902.20

한국의 인공태양 KSTAR, 1억도로 빛나다.

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/kstar/903

 태양의 중심 온도는 약 1,500만도. 매우 뜨거운 온도라는 것은 알지만 그 뜨거움이 어느 정도일지 상상하는 것은 결코 쉽지 않은데요. 1,500만도 보다 무려 7배나 더 뜨거운 온도인 1억도가 사람의 손에서 탄생한 인공태양 장치 KSTAR 안에서 화려한 불꽃을 피우는 데 성공했습니다.

 

2018년 KSTAR 플라즈마 1억도 달성의 순간

 

2007년 우리나라 기술로 완성한 도넛 모양의 토카막형 초전도핵융합연구장치 KSTAR는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응이 일어나는 초고온 플라즈마를 만들고 유지하는 실험을 수행하는 장치입니다.

 

태양보다 중력이 훨씬 작은 지구에서 태양처럼 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 핵융합의 연료인 중수소와 삼중수소 기체를 가열하여 원자핵과 전자가 분리된 플라즈마 상태로 만들고,  태양보다 훨씬 뜨거운 1억도 이상의 초고온에 도달하도록 해야 합니다. 즉, 1억도 초고온은 핵융합에너지 상용화를 위하여 꼭 달성해야 할 마일스톤으로 여겨지고 있는데요.

 

우리나라의 인공태양 KSTAR 장치가 2018년 8월 말부터 12월까지 수행한 플라즈마 실험을 통해 핵융합의 가장 핵심적인 운전조건이라고 할 수 있는 플라즈마 이온 온도 1억도 이상을 달성하는 데 성공한 것입니다. 이는 초전도 토카막 핵융합 장치로서는 세계 첫 기록으로 KSTAR가 지난 10년간 만들어 온 최초의 기록에 새로운 한 줄이 덧붙여지게 되었습니다.

 

한국의 인공태양 KSTAR. 초전도 토카막 핵융합 장치 최초로 플라즈마 이온온도 1억도 달성에 성공했다.

 

이번 연구성과는 향후 핵융합로에 적용될 차세대 플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽 모드(Internal Transport Barrier, ITB)를 구현하는 실험을 통해 달성되었는데요. 이는 중성입자빔가열장치(NBI) 등 KSTAR 가열장치의 효율을 높일 수 있도록 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술을 적용한 결과입니다.

 

핵융합(연) 윤시우 KSTAR연구센터장은 “이번 성과는 제한적인 가열장치 입사조건 하에서 진행되어 1억도 이상 초고온 플라즈마를 1.5초라는 짧은 시간 동안 유지하는 데 그쳤으나, 2019년에는 추가로 도입되는 NBI-2 가열장치를 활용해 1억도 이상 초고온 플라즈마를 세계 최초로 10초 이상 안정적으로 유지하는 것이 목표이다.”라고 밝혔습니다.

 

초고온 플라즈마의 장시간 운전은 핵융합 상용화 구현을 위한 핵심운전기술이라고 할 수 있는데요. 올해 도전적인 연구 목표인 이온 온도 1억도 초고온 플라즈마를 10초 이상 운전하는 데 성공하면, 국제 공동으로 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER)의 운영단계에서 고성능 플라즈마 실험을 주도할 수 있는 연구 역량을 갖추게 될 것으로 연구자들은 예상하고 있습니다.

 

1억도란 얼마나 뜨거운 온도일까?

 

또한, KSTAR는 1억도 달성이라는 성과 외에도 매년 꾸준한 향상 기록을 보여주었던 고성능플라즈마모드(H-모드) 연속 운전시간을 2017년 72초에서 약 90초까지 연장하는 성과도 함께 달성하여 기쁨을 더했는데요.

 

2010년 초전도핵융합 장치 중 세계 최초로 H-모드를 구현하는 데 성공한 이후, 꾸준한 장치 하드웨어의 향상과 플라즈마 물리 현상에 대한 연구진들의 이해도가 높아지면서 고성능 운전 시나리오를 정밀하게 구현할 수 있는 운전 역량이 한층 더 강화되었음을 보여줍니다.

 

이 밖에도 플라즈마 가둠 안정성을 나타내는 각종 지표들 역시 전년보다 향상된 것으로 분석되어 앞으로도 KSTAR 장치와 연구진들이 보여줄 수 있는 가능성이 무궁무진하다는 것을 다시 한 번 확인할 수 있었습니다.

 

핵융합(연) 유석재 소장은 “KSTAR가 운영된 지난 10년 동안 매년 발전된 성과를 보여주고 있다”며 “앞으로도 보다 도전적인 목표 아래 세계를 선도하는 연구를 이어가겠다.”고 앞으로의 포부를 밝혔습니다.

 

인류의 미래 에너지 문제를 해결할 열쇠로 주목받고 있는 핵융합에너지 기술을 얻기 위하여 많은 선진국들의 노력이 계속되고 있는 가운데, 우리나라는 KSTAR 장치를 통해 핵융합에너지 상용화로 나아가는 각종 연구 성과들을 발표하여 전 세계의 주목을 받고 있는데요.

 

앞으로도 KSTAR 연구를 포함하여 핵융합에너지 시대를 준비하는 지속적인 노력을 통해 우리나라가 미래 에너지 강국으로 성장할 수 있도록 국가핵융합연구소의 도전은 계속됩니다.

 

핵융합을 통한 전기발전 개요. KSTAR와 연구진들은 핵융합에너지 시대를 앞당기기 위한 도전을 이어갈 예정이다.

 

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