거대한 원형 장치의 내부가 절개된 모형 속으로 복잡한 배관과 구조물이 촘촘하게 들어서 있었다. 장치 중앙에는 초고온 플라즈마를 가두는 공간이 자리 잡고 있었다. 태양이 에너지를 만들어내는 원리를 지구에서 구현하기 위해 개발한 한국형 인공태양 'KSTAR(초전도핵융합연구장치)'의 축소 모형이다.
28일 서울 삼성동 코엑스 B홀에서 열린 '스마트 에너지 플러스(SMART ENERGY PLUS·SEP) 2026'에서 한국핵융합에너지연구원(KFE)은 KSTAR 모형과 핵융합 발전에 필요한 핵심 소재·부품 기술을 선보였다.
전시장 중앙에 설치된 KSTAR 모형은 내부 구조를 한눈에 살펴볼 수 있도록 제작됐다. 플라즈마를 가두는 진공용기를 중심으로 초전도 자석과 각종 설비가 배치됐고, 주변에는 실제 장치의 규모를 가늠할 수 있도록 사람 모형도 놓였다.
핵융합은 수소 원자핵이 결합하면서 발생하는 에너지를 이용하는 기술이다. 태양의 에너지 생성 원리와 같아 '인공태양'으로 불린다. 발전 과정에서 이산화탄소를 직접 배출하지 않고 핵분열 방식의 원자력발전과 달리 연쇄반응을 이용하지 않는다는 특징이 있다. 다만 초고온 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것이 상용화의 핵심 과제다.
KSTAR는 이 분야에서 성과를 쌓아왔다. 2007년 장치 건설을 완료하고 2008년 최초 플라즈마 발생에 성공했다. 2018년에는 1억도 플라즈마를 처음 구현했으며, 2024년에는 1억도 초고온 플라즈마를 48초간 유지하는 데 성공했다. 고성능 플라즈마 운전 시간도 102초를 기록했다.
연구원이 이번 전시에서 강조한 기술 중 하나는 초전도체다. 핵융합 장치 내부의 플라즈마는 온도가 극도로 높아 일반적인 용기에 직접 담을 수 없다. 강력한 자기장으로 플라즈마를 가둬야 하는 이유다.
KSTAR에는 나이오븀-주석(Nb3Sn) 합금 소재로 제작한 초전도 자석이 적용됐다. 초전도체는 극저온에서 전기저항이 사라지는 특성을 이용해 강력한 자기장을 만드는 데 쓰인다. 연구원에 따르면 KSTAR는 제작이 까다로운 나이오븀-주석 초전도 자석을 적용한 핵융합 장치다. 이러한 기술력은 국제핵융합실험로(ITER) 사업에도 활용됐다.
초고온을 견디는 '디버터' 기술도 눈길을 끌었다. 전시장에는 실제 디버터 구조를 보여주는 부품 모형과 텅스텐 소재 시제품이 함께 전시됐다. 디버터는 핵융합 반응 과정에서 발생하는 높은 열을 견디면서 진공용기를 보호하고 플라즈마 내부의 불순물을 제거하는 장치다. 핵융합 발전이 장시간 안정적으로 이뤄지기 위해 반드시 필요한 핵심 부품이다.
연구원은 열에 강한 텅스텐을 활용한 디버터 제작 기술을 확보하고 KSTAR의 성능 개선을 추진하고 있다. 핵융합 발전의 상용화를 위해서는 초고온 플라즈마를 장시간 유지하는 동시에 장치 내부에서 발생하는 막대한 열을 안정적으로 처리하는 기술이 필수적이다. 텅스텐 디버터는 이러한 과제를 해결하기 위한 핵심 기술 중 하나라는 것이 연구원 측 설명이다.