한국과 미국 공동 연구진이 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 에너지 기술의 핵심 난제를 해결했다. 정부는 이번 성과를 계기로 양국 간 협력을 강화하고 핵융합 발전 상용화에 속도를 낼 방침이다.
과학기술정보통신부는 한국핵융합에너지연구원과 미국 프린스턴플라즈마공동연구소가 초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 활용한 공동 연구로 핵융합 에너지 상용화의 핵심 과제인 플라즈마 운전 안정성 향상을 위한 핵심기술을 확보했다고 6일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘뉴클리어 퓨전’에 최근 게재됐다.
핵융합 에너지는 수소 원자핵들이 서로 합쳐져 헬륨 원자핵이 될 때 발생하는 에너지다. 이를 활용해 전기를 만드는 발전 방식이 핵융합 발전이다. 핵융합을 일으키기 위해서는 핵융합로 내부를 1억 도에 이르는 플라즈마 물질로 채워 초고온 상태로 유지해야 한다. 동시에 핵융합로가 초고온을 버티려면 내벽을 견고한 텅스텐 소재로 만들어야 한다. 핵융합연은 2023년 핵융합 실험장치 KSTAR 내벽에 텅스텐을 적용했고 국제핵융합실험로(ITER)도 같은 조치를 추진 중이다.
다만 내벽에서 텅스텐 불순물이 떨어져나와 플라즈마에 섞이는 문제가 있다. 플라즈마에 텅스텐이 유입되면 핵융합 장치의 운전 안정성과 성능에 영향을 줄 수 있어 해결책이 필요한 상황이었다. 연구팀은 또다른 물질인 붕소를 분말 형태로 주입했더니 텅스텐 불순물이 감소하는 현상을 세계 최초로 발견했다. 이를 통해 플라즈마 안정성을 높일 수 있는 가능성을 찾았다.
두 기관은 2010년 ‘한·미 핵융합 연구 협력 시행약정’을 체결한 후 토카막 물리, 플라즈마·내벽 상호작용 제어 연구 등 다양한 분야에서 공동연구를 이어왔다. 정택렬 과기정통부 공공융합연구정책관은 “이번 연구는 그간의 축적된 협력과 신뢰를 바탕으로 핵융합의 핵심기술을 도출한 사례로 국제 공동연구를 통한 기술 강화의 중요성을 잘 보여준다”며 “핵융합에너지 실현 가속화와 향후 핵융합 연구의 주도적 역할을 위한 핵심기술 확보로 이어질 수 있도록 적극 지원하겠다”고 말했다.
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