한국형 핵융합 실험로 KSTAR(케이스타)가 2025년도 플라스마 실험을 시작했다.
한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연)은 미래 핵융합로 운전에 필요한 플라스마 운전 기술을 확보하기 위해 2025년 KSTAR 플라스마 실험을 시작한다고 27일 밝혔다.
핵융합에너지는 수소 등 가벼운 원자핵을 초고온·초고압 환경에서 충돌시켜 무거운 헬륨으로 만드는 '핵융합 반응'을 활용한 발전 방식이다. 이 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않아 탄소중립 목표에 적합한 친환경 에너지원으로 불린다.
핵융합에너지를 실현하려면 초고온의 플라스마를 안정적으로 장시간 유지할 수 있는 운전 기술을 반드시 확보해야 한다. 텅스텐은 뜨거운 플라스마를 견딜 수 있는 내벽 소재로 꼽힌다. 핵융합연은 KSTAR에 텅스텐 소재의 디버터를 설치해 텅스텐 환경에서 플라스마 운전 역량을 높이는 연구를 해오고 있다.
올해 실험부터는 새로운 환경에 대한 적응을 넘어 텅스텐 환경에서 안정적으로 플라스마를 운전할 수 있는 고성능 플라스마 운전 시나리오를 개발할 계획이다.
텅스텐은 고온에 매우 강하다는 장점이 있지만 불순물이 발생해 플라스마의 성능을 저하하는 단점도 있다. 텅스텐 불순물을 제어하는 게 핵융합 연구의 가장 중요한 과제다. KSTAR는 가열, 연료 주입 등 다양한 제어 방식을 여러 운전 조건에서 적용해 불순물의 움직임을 정밀하게 분석하고 효과적인 억제 방안을 찾는다.
아울러 핵융합로 운전에 요구되는 높은 압력, 지속적인 전류, 안정성을 갖춘 플라스마를 구현하기 위해 다양한 운전 요소 간 상호 작용을 종합적으로 검증할 계획이다. 특히 AI(인공지능)를 활용한 실시간 제어 기술을 도입해 플라스마의 변화를 신속하게 감지하고 대응하는 방안을 검토 중이다.
오영국 핵융합연 원장은 "이번 실험에서도 국제 공동연구와 AI 등 최신 기술을 적용해 핵융합에너지 실현을 위한 역량을 한층 강화하겠다"고 했다.
한편 이번 플라스마 실험은 12월까지 진행되며 약 한 달간의 장치 정비 기간을 거친 뒤 내년 2월부터 바로 '2026년 플라스마 실험'을 시작할 예정이다. 장치 운영을 중단하지 않고 실험을 두 해 연속으로 수행해 KSTAR의 내벽 전면을 텅스텐 타일로 교체할 계획이다.