KSTAR 16년 장기운전에도 최대성능 유지 '확인'

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국핵융합에너지연구원은 초전도핵융합연구장치 'KSTAR'의 장기간 운전이 초전도자석에 미치는 영향을 평가키 위해 수행한 초전도자석 성능검증 결과, 최대 성능 유지가 확인됐다고 24일 밝혔다.

핵융합 장치에서 초전도자석은 핵융합 반응이 일어나는 초고온의 플라즈마를 가두고 제어하기 위한 강력한 자기장을 만들어내는 핵심 부품이다.

KSTAR는 세계 최초로 나이오븀-틴(Nb3Sn·나이오븀-주석) 소재의 초전도자석을 적용한 장치로, 2008년 KSTAR 장치가 운전을 시작한 후부터 매년 대전류와 고자장 등 극한 핵융합 환경에 반복적으로 노출돼 왔다.

이에 연구진은 초전도자석의 성능저하 여부를 검사키 위해 매년 약 15㎄ 전류에서 교류 손실(AC loss) 여부를 측정한다.
 
올해는 초전도자석의 성능을 직접 평가키 위해 펄스 방식(pulse mode·가동한 후 멈췄다 다시 가동하는 운전법)으로 운전하는 중심 솔레노이드 자석(Central Solenoid)에 15㎄부터 정격 전류인 25㎄까지 단계적으로 전류를 높이는 실험을 수행했다.

이때 초전도자석의 초전도 상태가 깨지거나 열부하가 커질 경우 초전도자석의 성능이 저하된 것으로 판단한다.

실험 결과, 25㎄ 전류 인가 시에도 초전도자석의 상태를 나타내는 데이터가 모두 안정적인 수치를 기록했으며 교류 손실로 인한 총 발생 열량은 과거보다 더 줄어들어 자석이 더욱 안정된 것으로 확인됐다.

또 KSTAR 초전도자석의 특성에 대한 이해를 바탕으로 명확한 운전기준을 수립하고 이를 준수한 결과, 초전도자석의 성능에 영향을 미치는 문제 발생을 최소화해 장기적 안정성을 확보했다는 평가도 얻었다.

이번 검증 실험의 담당 연구자인 초전도시스템연구그룹 이현정 그룹장은 "KSTAR는 전 세계에서 유일하게 나이오븀틴으로 초전도자석을 제작한 핵융합 장치"라며 "운전과정에서 확보하는 초전도자석 데이터는 향후 ITER 초전도자석 운전 및 핵융합 실증로 초전도자석 제작을 위한 중요 자산이 될 것"이라고 강조했다.

이번 실험 결과는 국내외 핵융합 및 플라즈마 분야 최고 전문가와 신진연구자가 참여해 24일부터 5일간 서울 올림픽 파크텔에서 열리는 국제 핵융합 및 플라즈마 컨퍼런스(iFPC 2024)에서 발표된다.

핵융합연 오영국 원장은 "KSTAR 건설 당시 다른 나라에서는 시도하지 않은 신소재 초전도자석을 채택했던 혁신적 도전이 현재의 차별성을 만들었다"며 "KSTAR의 데이터와 경험이라는 중요한 자산을 밑거름으로 핵융합에너지 실현을 위해 최선을 다하겠다"고 말했다.


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