중성입자빔 가열장치. 왼쪽의 사각형 구조물이 진공챔버이고 가운데 부분이 이온 원(Ion Source) 발생장치, 오른쪽은 고전압 장치로 구성돼 있다.

지상의 인공태양으로 불리우는 핵융합 장치가 작동하려면 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마가 필요하다. 이러한 초고온 플라즈마를 만들어내는 것과, 1억℃를 유지하는 것은 매우 어려운 과제다. 한국원자력연구원 핵융합공학기술개발센타의 오병훈 박사(사진ㆍ49)는 핵융합 장치의 플라즈마를 1억도까지 올려주는 가열장치를 개발중이다. 국내 최초의 핵융합 장치로 올 8월 완공예정인 'KSTAR'에 장착되는 보조 가열장치이다. 오박사팀이 개발중인 가열장치는 '중성입자빔(Neutral Beam) 가열장치'와 '이온공명가열장치(Ion Cycrotorn Resonance Heating)' 등 두 종류이다. '중성입자빔 가열장치'는 이온 입자에 전력을 걸어 속도를 가속시킴으로써 고온을 만들어 낸다. 즉 엄청난 속도로 가속된 이온 입자가 핵융합 장치 내부의 플라즈마에 충돌함으로써 초고온이 만들어진다. 여기에는 양 전하를 가진 입자를 중성화시켜야 하는 과정이 필요하고, 이를 분리해내는 기술이 요구된다. 오 박사는 "KSTAR는 초저온의 초전도 자석을 이용해 플라즈마를 통제하기 때문에 이 초전도 자석의 자기장에 영향을 받지 않고 플라즈마를 가열하는 중성입자빔을 사용한다"고 설명한다. '이온공명가열장치'는 고주파를 이용한다. 원리는 전지렌지와 같이 특정 주파수의 마이크로웨이브를 플라즈마에 쏘아 고온을 만들어 낸다. 즉 플라즈마와 동일한 주파수의 고주파를 발생시키면 플라즈마의 이온입자는 공명현상을 일으키고, 이 공명현상으로 인해 고온이 발생한다. '이온공명가열장치'는 이미 개발이 마무리된 상태로 KSTAR가 있는 핵융합센터로 옮겨져 재조립 작업을 진행중이다. 반면 '중성입자빔 가열장치'는 KSTAR 건설 완료 후 일정기간 플라즈마 생성작업에 성공한 뒤 플라즈마를 300초 이상 유지하는 실험이 필요한 시기에 맞춰 옮겨질 예정이다. 중성입자빔 가열장치는 높이 4m에 길이가 약 6m, 무게가 20톤에 달하는 대형장비로 이전비용만 20억~30억원이 소요될 전망이다.