[충청뉴스 이성현 기자] 한국핵융합에너지연구원은 미래 핵융합로 운전에 필요한 플라즈마 운전 기술 확보를 목표로 2025년도 KSTAR 플라즈마 실험을 시작했다고 27일 밝혔다.
핵융합에너지를 실현하기 위해서는 초고온의 플라즈마를 안정적으로 장시간 유지할 수 있는 운전 기술을 반드시 확보해야 한다.
KSTAR는 고성능 플라즈마 장시간 운전 분야에서 세계적인 성과를 거두어 왔으며, 최근에는 미래 핵융합로 운전을 대비한 실험을 본격적으로 추진하고 있다.
그 일환으로 지난 2023년 국제핵융합실험로(ITER)와 미래 핵융합로의 내벽 재료로 사용될 텅스텐 소재의 디버터로 교체한 뒤, 텅스텐 환경에서 플라즈마 운전 역량을 강화하는 연구를 지속해오고 있다.
지난 실험에서는 이러한 환경에 적응하고 기존의 고성능 플라즈마 운전 성과를 재현하는 데 주력해 왔으나 올해 실험부턴 이를 기반으로 텅스텐 환경에서도 안정적으로 플라즈마를 운전할 수 있는 고성능 플라즈마 운전 시나리오를 개발하는 데 집중할 계획이다.
텅스텐은 고온에 매우 강하다는 장점이 있지만 발생한 불순물이 플라즈마의 성능을 저하시키는 단점도 있다. 이 때문에 텅스텐 불순물 제어는 국제 핵융합 연구계의 가장 중요한 과제 중 하나로 손꼽힌다.
이러한 문제를 해결하기 위해 KSTAR는 가열과 연료 주입 등 다양한 제어 방식을 여러 운전 조건에서 적용해 불순물 거동을 정밀하게 분석하고 효과적인 억제 방안을 심도 있게 연구할 계획이다.
또 미래 핵융합로 운전에 요구되는 높은 압력과 지속적인 전류, 안정성을 모두 갖춘 플라즈마를 구현하기 위해, 가열, 전류구동, 자기장 제어 등 주요 운전 요소 간의 상호 작용을 종합적으로 검증할 예정이다.
특히 인공지능(AI)과 머신러닝을 활용한 실시간 제어 기술을 적용해 플라즈마의 변화를 신속하게 감지하고 대응하는 방안을 검증하며 향후 핵융합로 운전 과정에서 발생할 수 있는 고속이온 등 물리 현상을 규명하기 위한 연구도 병행된다.
오영국 원장은 “최근 전 세계적으로 핵융합에너지 상용화를 앞당기려는 노력이 활발해지는 가운데, KSTAR도 미래 핵융합로 운전에 직접 활용될 기술 확보에 속도를 내고 있다”며 “이번 실험에서도 국제 공동연구와 AI 등 최신 기술의 적용을 통해 핵융합에너지 실현을 위한 역량을 한층 강화해 나가겠다”고 말했다.
한편 이번 KSTAR 플라즈마 실험은 12월까지 진행되며 약 한 달간의 장치 정비 기간을 거친 뒤 내년 2월부터 ‘2026년도 플라즈마 실험’을 시작할 예정이다.
장치 운영을 중단하지 않고 두 해의 실험을 연속으로 수행하는 것은 이례적인 사례다.
핵융합연 관계자는 "2023년 텅스텐 디버터 설치에 이어 KSTAR의 내벽 전면을 텅스텐 타일로 교체하는 작업을 추진하기 위한 조치"라며 "KSTAR는 미래 핵융합로 운전 환경에 더욱 가까운 조건에서 실험을 수행할 수 있게 돼 향후 연구의 정밀성과 실효성이 한층 높아질 것으로 기대된다"고 말했다.
