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지난 1995년 한국형 인공태양이라 불리는 차세대 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)의 착공으로 본격화된 국내 핵융합에너지 연구가 올해로 20년을 맞았다. 지난 20년간 우리나라는 7년 전 가동을 개시한 KSTAR를 필두로 핵심 원천기술을 확보하고 우수 연구성과를 창출하며 명실공히 핵융합 강국으로서 입지를 다진 상태다.실제로 KSTAR는 2010년 초전도 방식의 핵융합 장치로는 역대 최초로 고성능 플라즈마 운전조건인 'H-모드'의 구현에 성공한 이래 지속적 기술고도화를 거쳐 지난해 40초 이상의 H-모드 유지와 1MA의 플라즈마 전류를 달성하며 세계의 주목을 받았다.
2011년에는 핵융합 연구의 최대 난제 중 하나로 꼽혔던 '플라즈마 경계면 불안정성 현상(ELM)'의 제어에 최초 성공하기도 했다. ELM이 발생하면 플라즈마 내부의 많은 에너지가 유출되면서 토카막 내벽에 큰 손상을 줄 수 있어 반드시 제어해야만 하는 현상 중 하나다.
현재 국가핵융합연구소의 연구자들은 이렇게 쌓아온 기술력과 노하우를 바탕으로 KSTAR를 활용, 한국형 핵융합 실증로 건설에 필요한 독자 연구를 다각적으로 수행하고 있다. 또한 그 과정에서 우리나라와 미국, 러시아, 유럽연합(EU) 등 7개국이 프랑스 카다라슈 지역에 공동 건설 중인 국제핵융합실험로(ITRE)의 건설 및 운용에 도움이 될 기초실험 자료를 상호보완적으로 제공하면서 국제 핵융합 연구에 있어서도 중추적 역할을 맡고 있다.
세계 각국이 핵융합에 주목하고 있는 이유는 명확하다. 인공태양이라는 별칭에서 연상되듯 마치 태양처럼 청정에너지를 사실상 무한정 생산할 수 있다. 특히 핵융합 반응은 핵분열 반응에 기반한 원자력보다 안전성이 탁월하다. 에너지 발생 효율 역시 타의 추종을 불허하는 수준이다.
오영국 KSTAR 연구센터 부센터장에 따르면 연구팀의 최우선 목표는 오는 2017년까지 연속 운전시간을 300초 동안 유지하는 것이다. 연속 운전시간 300초는 실험로를 넘어 실증로와 상용로 건설로 나아가기 위한 최소한의 필요조건이기 때문이다.
오 부센터장은 "H-모드는 초전도 방식을 포함한 대다수 선진 핵융합 연구장치와 ITER의 기본 운전모드"라며 "지난해 역대 최장기록인 45초(플라스마 전류 0.6MA)의 유지에 성공하는 등 매년 목표를 향해 성큼 다가서고 있다"고 밝혔다.
덧붙여 연구팀은 KSTAR가 지닌 우수성을 입증하는 데도 많은 노력을 기울이고 있다. 지난해 초고온 플라즈마를 가두는 초전도 자석 진공용기인 '토카막'의 자기장 오차 정밀도 검사를 실시, 여타 핵융합 장치의 토카막 대비 약 10배나 정밀함을 확인한 것이 그 실례다. 오 부센터장은 "이는 3차원 자기장의 플라즈마 영향에 관한 연구에서 KSTAR가 독보적이라는 의미"라며 "이런 데이터들을 활용해 KSTAR의 고성능 운전능력을 공인받는 한편 향후 실증로의 최적화 설계에도 반영할 계획"이라고 전했다.
/대덕=구본혁기자 nbgkoo@sed.co.kr
