‘한국 인공태양’ KSTAR 뜨거웠던 10년

핵융합장치 실험 10주년 기념식 / 상용화 위한 핵심 연구 세계기록 무수 / “핵융합 분야 선도국으로 성장 원동력”

‘한국의 인공태양’이라 불리는 핵융합장치 KSTAR(케이스타)가 ‘실험실 탄생’ 10주년을 맞았다. ‘최초’, ‘최고’와 관련한 무수한 세계기록을 써온 만큼 핵융합 분야의 선도국으로 성장하기 위한 원동력으로 기대를 모은다.

국가핵융합연구소는 20일 서울 코엑스에서 초전도 핵융합 연구장치 KSTAR 실험 10주년 기념식을 열고 그간 성과를 공유하고 향후 비전을 제시했다.

KSTAR는 초고온의 플라스마를 자기장을 이용해 가두는 토카막형 핵융합 장치다. 국내 기술로 1995년부터 12년에 걸쳐 개발됐고 2008년 첫 플라스마 발생 실험에 성공한 이후 10년간 핵융합 상용화를 위한 핵심 연구 성과들을 내놓으며 세계 핵융합 연구의 중심장치로 자리 잡았다. 핵융합 에너지는 수소 등 가벼운 원자의 핵이 융합되는 과정에서 나오는 힘으로, 우라늄 등 무거운 원자핵이 분열할 때 나오는 힘을 이용하는 원자력 발전의 반대 개념이다.

KSTAR는 2010년 플라스마 실험을 통해 초전도 토카막 장치로서는 세계 최초로 고성능 플라스마 운전(H-모드)을 달성했다. H-모드 운전은 특정 조건하에 플라스마의 밀폐 성능이 약 2배 이상 증가하는 현상으로 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 보여주는 대표적인 성과였다.

2011년에는 핵융합 연구의 대표 난제로 꼽히는 핵융합 플라스마 경계면 불안정 현상(ELM)을 완벽히 억제해 국제 핵융합 공동연구 장치로서의 위상을 공고히 했다. 2017년에는 ELM 억제시간이 34초까지 늘어나며 국제핵융합실험로(ITER) 초기 운전 시나리오를 최초로 구현했다.

2016년 플라스마 실험에서 H-모드를 70초간 지속한 것도 대표 성과로 꼽힌다. 세계 최초로 1분이 넘는 시간 동안 운전을 유지했고, 지난해에는 90초까지 늘어났다.

KSTAR는 지난해 ELM 억제조건을 예측하는 이론 모델을 정립하고 실험적으로 검증하는 데 성공했고, 플라스마 실험을 통해 핵융합의 가장 핵심적인 운전조건인 이온온도 1억도(9kev) 이상 유지하는 초고온 고성능 플라스마를 실현해냈다. KSTAR는 올해 중성입자빔 가열장치를 추가로 도입해 1억도 이상 초고온 플라스마를 세계 최초로 10초 이상 안정적으로 유지하는 목표를 내걸었다.

김준영 기자