한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연)이 미래 핵융합로 운전에 필요한 플라즈마 운전기술 확보를 목표로 ‘2025년도 KSTAR(한국형초전도핵융합연구장치) 플라즈마 실험을 시작했다고 27일 밝혔다.
핵융합에너지를 실현하려면 초고온 플라즈마를 안정적으로 장시간 유지할 수 있는 운전기술을 반드시 확보해야 한다.
KSTAR는 고성능 플라즈마 장시간 운전 분야에서 세계적인 성과를 거두며 최근 미래 핵융합로 운전을 대비한 실험을 본격 추진 중이다.
그 일환으로 2023년 국제핵융합실험로(ITER)와 미래 핵융합로 내벽 재료로 사용될 텅스텐 소재 디버터로 교체하고 텅스텐 환경에서 플라즈마 운전 역량을 강화하는 연구를 지속하고 있다.
올해 실험부터는 이를 기반으로 텅스텐 환경에서 안정적으로 플라즈마를 운전할 수 있는 고성능 플라즈마 운전 시나리오를 개발하는 데 집중할 계획이다.
텅스텐은 고온에 매우 강한 장점과 더불어 불순물이 발생해 플라즈마 성능을 저하시키는 단점도 있다.
때문에 텅스텐 불순물 제어는 국제 핵융합 연구계의 가장 중요한 과제 중 하나다.
이를 해결하기 위해 KSTAR는 가열과 연료 주입 등 다양한 제어 방식을 여러 운전 조건에서 적용, 불순물 거동을 정밀 분석하고 효과적인 억제 방안을 심도 있게 연구할 계획이다.
아울러 미래 핵융합로 운전에 요구되는 높은 압력과 지속적인 전류, 안정성을 모두 갖춘 플라즈마를 구현하기 위해 가열, 전류구동, 자기장 제어 등 주요 운전요소 간 상호작용을 종합 검증할 예정이다.
특히 인공지능(AI)과 머신러닝을 활용한 실시간 제어 기술을 적용해 플라즈마의 변화를 신속 감지하고 대응하는 방안을 검증해 향후 핵융합로 운전 과정에서 발생할 수 있는 고속이온 등 물리현상을 규명하기 위한 연구도 병행된다.
핵융합연은 이번 실험에 이어 내년 2월부터 ‘2026년도 플라즈마 실험’을 이어갈 방침이다.
장치 운영을 중단하지 않고 두 해 연속 실험을 수행하는 것은 이례적인 사례로, 2023년 텅스텐 디버터 설치에 이어 KSTAR의 내벽 전면을 텅스텐 타일로 교체하는 작업을 추진하기 위한 조치다.
이를 통해 KSTAR는 미래 핵융합로 운전환경에 더욱 가까운 조건에서 실험을 수행, 연구 정밀성과 실효성이 한층 높아질 것으로 기대된다.
오영국 핵융합연 원장은 “세계적으로 핵융합에너지 상용화를 앞당기려는 노력이 활발해지는 가운데 KSTAR가 미래 핵융합로 운전에 직접 활용될 기술 확보에 속도를 내고 있다”며 “이번 실험에서 국제 공동연구와 AI 등 최신기술 적용으로 핵융합에너지 실현을 위한 역량을 한층 강화하겠다”고 말했다.
