KSTAR 진공용기 내부 [국가핵융합연구소 제공]

[헤럴드경제=이정아 기자] 최근 몇 년 사이에 빈번하게 언급되는 차세대 에너지로 핵융합 에너지가 꼽힌다. 핵융합 에너지는 두 가지 이상의 가벼운 원자핵이 충돌하고 융합해 좀 더 무거운 제2의 원자핵이 되면서 나오는 에너지다. 이는 태양이 빛과 열을 내는 원리와 같다.

핵융합 에너지 생산 효율은 화력발전과 맞먹고 원자력 발전보다도 뛰어나다. 자원 고갈 문제도 없다. 막대한 에너지를 만들어내기 위해 필요한 중수소와 삼중수소는 바닷물에서 쉽게 얻을 수 있기 때문이다. 핵분열 에너지를 쓰는 핵발전소보다 안전하다는 장점도 있다. 세계 선진국이 오랜 기간 동안 핵융합 에너지 상용화 연구에 박차를 가하는 이유다.

우리나라에서는 국가핵융합연구소가 관련 연구에 힘쓰고 있다. 후발국이지만 선진국과 나란히 할 정도의 연구성과를 내놓으면서 핵융합 연구의 주도권을 잡게 됐다.

그 성과를 잘 보여주는 것이 바로 한국의 ‘인공태양’이라 불리는 초전도핵융합연구장치(KSTAR)다. KSTAR는 국내 기술로 개발된 핵융합장치다.

12년의 개발 기간을 통해 2007년 9월 건설이 완공된 KSTAR는 현재 프랑스 카다라쉬에 짓고 있는 국제핵융합실험로(ITER)의 약 25분의 1 규모다. ITER는 우리나라를 비롯해 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 중국, 인도 등 7개국이 18조여 원에 달하는 예산을 투자하고 기술을 결집하는 국제 공동프로젝트다.

한국은 ITER가 완공될 때까지 ITER의 건설과 운영에 필요한 기초실험 기술 자료를 상호 보완해 제공하고 있다. ITER에는 신소재 초전도체인 ‘니오븀주석’(Nb3Sn)이 사용된다. 그런데 모든 초전도 자석이 Nb3Sn으로 만들어진 핵융합 장치는 전 세계적으로 KSTAR 뿐이다. KSTAR가 ITER의 ‘축소판’으로 불리는 이유다.

KSTAR 건설에 참여한 70여 개 산업체들이 ITER 국제기구의 발주 사업에 참여하고 있다. 국내 산업체와 기관은 ITER 국제기구와 타 회원국으로부터 지난 4월 말 기준으로 127건의 사업을 수주했다. 수주한 금액은 6032억 원에 달한다. 이는 KSTAR 건설에 들어간 비용의 약 2배다.

KSTAR는 2008년 7월 최초로 플라즈마 발생에 성공한 이후 본격적인 실험에 돌입해 2010년에는 고성능 플라즈마 상태인 H-모드를 달성했다. 초전도 핵융합장치로는 세계 최초다.

2011년에는 핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)을 세계 최초로 제어하는데 성공했다.

2016년에는 세계 최초로 고성능 플라즈마(H-mode) 운전을 70초간 지속시켰고, 2017년에는 ITER 초기 운전에 필요한 플라즈마 운전 조건을 충족하는 성과를 세계 최초로 달성했다. 이 밖에도 핵융합 플라즈마경계면불안정(ELM) 현상을 제어하고 플라즈마 내부 불순물을 제거하는 기술을 개발했다.

지난해에는 초전도 토카막장치로는 최초로 핵융합 운전 핵심 온도인 플라즈마 이온온도를 1억도 이상 1.5초간 유지하는데 성공했다. 최종 목표는 ‘1억도 이상 300초 유지’다.

dsun@heraldcorp.com