KSTAR, "한국 핵융합 에너지 기술 빠른 성장 증거"

[아시아경제 김수진 기자] 11일부터 16일까지 대전에서 열리는 '제23회 국제원자력기구 핵융합에너지 컨퍼런스(IAEA FEC)'는 '핵융합에너지 올림픽'이라 불리는 핵융합 연구개발 분야의 대규모 국제학술행사다. 올해 IAEA FEC 2010에서 주목할 만한 성과로 꼽히는 것이 2007년 완공돼 현재 성공적으로 운영중인 차세대 초전도핵융합연구장치 KSTAR다.

핵융합 에너지의 가장 대표적인 사례는 바로 태양이다. 태양의 중심은 1억도 이상의 초고온 플라즈마(고체, 액체, 기체와 달리 원자핵과 전자가 분리된 형태) 상태로, 이러한 상태에서는 수소처럼 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어난다. 이 융합 과정에서 방출되는 엄청난 양의 에너지가 핵융합에너지다.

지구에서 핵융합 에너지를 얻으려면 자기장이나 레이저를 이용해 태양과 같은 환경을 인공적으로 조성하는 핵융합로를 만들어야 한다. 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들고 이 플라즈마를 가둘 핵융합 장치가 필요한 것.

핵융합장치는 초고온 플라즈마를 진공용기 속에 넣고, 자기장을 이용해 플라즈마가 벽에 닿지 않도록 가두어 핵융합반응을 일으킨다. 핵융합장치는 태양과 같은 원리로 에너지를 만들어 내 '인공태양'이라고도 불린다.

지금까지 핵융합장치 중 가장 실용화에 근접한 방식은 도넛 모양의 진공용기 내에서 플라즈마가 안정적 상태를 유지하도록 제어하는 '토카막(Tokamak)방식이다.

KSTAR는 국내 유일의 토카막 장치로 2008년 7월부터 최초 플라즈마를 발생시키며 본격적 운영단계에 들어섰다. 이번 IAEA FEC에서는 최초 플라즈마 달성 이후 진행된 성능 향상 작업과 3차 핵융합 플라즈마 실험 결과 등의 성과가 발표됐다.

권면 국가핵융합연구소 선임단장은 "KSTAR는 고온 플라즈마 발생과 중수소 핵융합 반응에 의한 중성자 검출, 500킬로암페어(kA) 플라즈마 전류 달성 등 올해 목표했던 대부분의 성과를 달성했다"며 "앞으로 한달가량 남은 실험 기간동안 더 많은 성과를 올릴 있을 것"이라고 밝혔다.

특히 KSTAR를 활용한 공동연구에 참여하고 있는 한양대 원자력공학과 김용균 교수팀은 "KSTAR 진공용기 안에서 강력한 중수소 핵융합 반응이 최초로 이뤄진 것을 확인했다"고 발표했다. 핵융합 에너지를 발생시켜 상용화하는 첫 단계에 진입한 것이다.

이경수 국가핵융합연구소 소장은 "중수소 핵융합 반응을 이끌어내는 데 보통 2~3년이 걸리나 KSTAR는 이를 6개월만에 성공했다"고 설명했다. 이번 성과발표에 대해 IAEA FEC 2010에 참석한 핵융합연구자들은 KSTAR가 짧은 기간동안 안정적 실험으로 운전 목표를 빠르게 달성하고 있다는 데 놀라움을 보였다.

이밖에도 IAEA FEC2010 참가자들은 행사 기간동안 KSTAR 운영사업단을 직접 방문해 KSTAR장치와 운전 현황을 살펴볼 예정으로, 향후 KSTAR를 활용한 다양한 국제 공동 연구가 가능해질 것으로 전망되고 있다.

김수진 기자 sjkim@