무한청정 에너지를 꿈꾸는 ‘한국의 인공태양’ 케이스타가 도약을 위한 변신에 한창이다. 태양 온도의 7배, 섭씨 1억도의 플라스마를 품을 핵심장치 토카막이 지난 3월부터 텅스텐 타일로 ‘속옷’을 교체 중이다. 정확히는 ‘텅스텐 디버터’라 불리는 이 부품은 KSTAR의 최종 목표인 ‘1억도 300초 유지’를 위한 필수 장치다. 핵융합발전 상용화에 성공하려면 핵융합 연쇄반응을 일으키는 1억도의 플라스마를 300초 이상 안정적으로 유지할 수 있어야 한다. 핵융합로 플라스마의 온도는 태양보다 훨씬 더 뜨겁다. 지구상에서는 수천억 기압으로 추정되는 태양과 같은 극초고압 없이 핵융합을 만들어내야 하기 때문이다. 2007년 가동을 시작한 KSTAR는 2018년 1억도의 초고온 플라스마 1.5초 유지를 시작으로, 조금씩 시간을 늘려 2021년 세계 최초로 30초 유지 기록을 세웠다. 하지만, 30초가 한계였다. 토카막 내벽을 감싼 기존 탄소타일이 1억도의 플라스마를 오래 견디지 못하기 때문이다.
☞토카막: 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 자기장을 이용해 초고온의 플라즈마를 가두는 도넛형 장치 텅스텐이 아무리 열에 강하다해도 1억도의 초고온을 어떻게 견딜까. 기존 탄소타일 역시 30초라지만 1억도의 온도를 어떻게 견뎠을까. 핵융합로가 모델로 하는 태양도 표면 온도는 섭씨 약 5700도, 중심부라도 1500만도 정도다. 그 비결은 초전도자석과 플라스마에 있다.
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한국 인공태양 KSTAR, 1억도 300초 목표 위해 변신 중태양 온도의 7배, 섭씨 1억도의 플라스마를 품을 핵심장치 토카막이 지난 3월부터 텅스텐 타일로 ‘속옷’을 교체 중이다. 윤시우 부원장은 '1억도의 플라스마는 초전도자석을 이용해 토카막 내부에 뜬 상태로 있게 된다'며 '플라스마의 중심 온도는 1억도이지만, 위쪽 부분이 가장 덜 뜨겁고, 아래쪽으로 내려갈수록 뜨겁다'며 텅스텐 타일을 쓰는 이유를 말했다. 한국형핵융합연구로라는 명칭을 가진 KSTAR의 목표가 핵융합로 건설을 위한 핵심기술 확보(플라스마 1억도 이상 300초 유지)라면, 핵융합실증로는 플라스마를 이용한 핵융합 연쇄 반응을 통해 실제 전기 생산이 가능한지를 확인하는 사업이다.
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