한미 공동연구, 핵융합로 핵심기술 세계 첫 확보

한미 공동연구로 핵융합로 내벽 텅스텐 불순물 억제 현상 세계 최초 관측

한국과 미국이 협력하여 핵융합로 내벽에서 발생하는 텅스텐 불순물 생성 억제 현상을 세계 최초로 관측하는 데 성공했다. 이번 성과는 핵융합에너지 상용화의 핵심 과제인 플라스마 운전 안정성을 높이기 위한 중요한 기술 확보를 의미한다.

초전도핵융합연구장치 KSTAR 활용한 국제 공동연구

과학기술정보통신부는 6일, 한국의 인공태양으로 불리는 초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 활용한 한미 공동연구를 통해 핵융합로 내벽의 텅스텐 불순물 생성량 감소 현상을 처음으로 관측했다고 밝혔다. 이번 연구는 붕소 분말을 플라스마에 주입해 텅스텐 불순물의 발생을 줄이고, 노심 플라스마를 안정적으로 제어할 수 있는 가능성을 확인했다.

텅스텐 내벽 소재와 플라스마 안정성의 중요성

핵융합 장치 내벽은 초고온 플라스마에 직접 노출되기 때문에 열에 강한 텅스텐이 차세대 내벽 소재로 주목받고 있다. KSTAR는 2023년 핵심 부품인 디버터를 텅스텐 소재로 교체했으며, 국제핵융합실험로(ITER)도 텅스텐 내벽 적용을 추진 중이다. 그러나 고온 플라스마 운전 시 텅스텐 입자가 플라스마에 유입되면 장치 운전 안정성과 플라스마 성능에 영향을 미칠 수 있어 이를 제어하는 기술 개발이 국제적으로 중요한 과제로 여겨져 왔다.

운전 정지 없이 실시간 내벽 제어 기술 진전

이번 연구에서는 붕소 분말을 초고온 플라스마에 실시간으로 주입해 운전 정지 없이 내벽 상태를 능동적으로 제어하는 기술을 선보였다. 이는 플라스마와 내벽 간 상호작용을 실시간으로 제어하는 기술에서 획기적인 진전을 이룬 결과로 평가받는다.

한미 연구진의 긴밀한 협력과 국제 공동연구 성과

이번 성과는 KSTAR를 기반으로 한미 연구진이 긴밀히 협력해 이룬 국제 공동연구의 결실이다. 한미는 2010년 핵융합 연구 협력 시행약정을 체결한 이후 토카막 물리, 플라스마-내벽 상호작용 제어 등 다양한 분야에서 공동연구를 지속해왔다. 이번 연구를 통해 KSTAR가 정밀한 운전 능력과 높은 신뢰도를 바탕으로 국제 공동연구의 중심 플랫폼임을 입증했다.

국제 학술지 게재로 학계 인정

이번 연구 결과는 국제 핵융합 분야 권위 학술지인 'Nuclear Fusion' 65권(8월호)에 게재되어 학계에서도 그 중요성과 우수성을 인정받았다.

과기정통부의 지원과 향후 계획

정택렬 과기정통부 공공융합연구정책관은 "이번 연구는 축적된 협력과 신뢰를 바탕으로 핵융합 핵심기술을 도출한 사례로, 국제 공동연구를 통한 기술 강화의 중요성을 보여준다"고 말했다. 이어 "정부는 KSTAR 등 국내 인프라를 활용해 실험 성과를 지속 확보하고, 이러한 성과가 핵융합에너지 실현 가속화와 연구 주도권 확보로 이어지도록 적극 지원할 것"이라고 강조했다.