한국의 '인공태양'이 플라즈마 작업에서 종전 기록을 경신했다. 한국열핵에너지연구소(KFE)의 KSTAR(한국초전도토카막고등연구) 핵융합로가 태양 핵 온도보다 7배 높은 온도에 도달해 지난번보다 오랫동안 유지할 수 있었다.
KSTAR 프로젝트에 참여하는 연구진은 섭씨 100억도의 온도를 48초 동안 유지할 수 있었습니다! 비교하자면, 우리 태양 중심부의 온도는 섭씨 약 15만도입니다. 또한, KSTAR팀은 고온, 고밀도 플라즈마를 유지하기 위한 기본 작동 모드인 H-모드를 102초 동안 지속적으로 유지하는 데 성공했다.
이는 KSTAR의 많은 성공 중 가장 최근의 성과입니다. 예를 들어 2021년 한국의 열핵 원자로는 이온 온도 약 100억도의 플라즈마를 30초 동안 유지하는 기록을 세웠다.
융합은 별의 빛과 열을 생성하는 동일한 과정을 모방합니다. 이는 수소와 기타 가벼운 원소를 융합하여 막대한 양의 에너지를 방출하는 것을 포함하며, 전문가들은 이를 활용하여 탄소 제로 전기를 무제한 공급할 수 있기를 희망합니다.
열핵에너지 개발을 위해서는 핵융합반응이 가장 효율적이고 장기간 일어나는 플라즈마를 고온, 고밀도로 유지할 수 있는 기술을 만드는 것이 중요하다. 이를 위해 연구진은 KSTAR 등 열핵소자를 활용해 다양한 실험을 진행하고 있다.
새로운 성과의 비결은 텅스텐 전환기입니다. 이는 원자로에서 사용된 가스와 불순물을 제거하는 동시에 상당한 표면 열 부하를 견디는 데 결정적인 역할을 합니다. KSTAR 팀은 최근 전환기에 탄소 대신 텅스텐을 사용하는 것으로 전환했습니다.
텅스텐은 모든 금속 중에서 가장 높은 녹는점을 가지고 있으며, 팀이 오랫동안 H 모드를 유지할 수 있었던 것은 주로 이러한 성공적인 업그레이드 덕분입니다. 전문가들은 "이전의 탄소 기반 전환기와 비교하여 새로운 텅스텐 전환기는 유사한 열 부하에서 표면 온도가 25%만 증가한 것으로 나타났습니다."라고 말합니다. "이는 장 펄스, 고온 전력 작동에 상당한 이점을 제공합니다."
텅스텐 전환기의 성공은 프랑스에서 개발되고 많은 국가가 참여하는 21,5억 달러 규모의 국제 열핵실험로(ITER) 프로젝트에 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다. ITER는 2025년에 첫 번째 플라즈마를 수신할 예정이며, 2035년에는 완전히 가동될 예정입니다. 그 동안 한국 팀은 ITER를 작동시키는 데 필요한 다른 핵심 기술을 개발하기 위해 노력할 것입니다.
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