한국의 ‘인공(人工) 태양’ KSTAR가 이온온도 1억도 초고온 플라스마를 30초간 유지하는 데 성공하며 초고온 플라스마 장시간 운전 기록을 경신했다.
한국핵융합에너지연구원 KSTAR 연구본부는 “올해 KSTAR 플라스마 실험에서 핵융합 핵심 조건인 1억도 초고온 플라스마 운전을 30초간 유지하는 데 성공했다”고 22일 밝혔다.
◇핵융합연, 매년 1억도 유지시간 연장
핵융합에너지는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 통해 에너지를 발생시키는 것으로 탄소를 발생시키지 않는 청정한 에너지로 주목받고 있다. 수소와 같은 가벼운 원자들이 융합해 그보다 무거운 원자핵이 되면서 감소하는 질량만큼 엄청난 에너지가 발생한다. 태양은 중력이 강하기 때문에 1500만도 환경에서도 핵융합이 일어나지만, 태양보다 중력이 약한 지구에서 핵융합을 일으키려면 대신 1억도 이상의 초고온에서 플라스마를 만들어야 한다. 플라스마는 원자핵과 전자가 따로 노는 상태로, 고체, 액체, 기체에 이어 제4의 물질 상태로 불린다.
KSTAR는 2018년 핵융합 플라스마 이온온도 1억도 도달에 성공한 이후 매년 유지시간을 연장해왔다. 2020년에는 20초 연속 운전에 성공하며 세계 핵융합 장치 중 최장 기록을 달성했고 올해 실험을 통해 10초간 추가 연장에 성공하며 세계적 수준의 연구 성과를 이어가게 된 것이다. 최근 중국이 1억2000만 도의 플라스마를 101초간 유지했다고 밝혔지만 전자를 가열한 성과여서, 이온을 가열한 국내 성과와 비교하기는 어렵다고 전문가들은 분석한다.
◇2026년 플라스마 1억도 300초 유지 목표
이번 성과는 KSTAR 가열 성능의 향상과 최적 자기장 조건 확보를 통한 플라스마 제어 기술이 개선되면서 핵융합로 운전을 위한 차세대 운전 모드인 내부수송장벽(ITB) 모드의 안정성이 향상된 결과라고 연구원은 설명했다.
KSTAR는 앞으로도 운전시간 연장을 위해 전원장치의 개선과 내벽 온도 상승을 억제할 ‘텅스텐 디버터’ 설치를 계획하고 있다. 관련 연구를 통해 2026년 1억도 초고온 플라스마 유지 300초를 달성한다는 계획이다.