“10년내 핵융합 300초 운전 목표”

6월 ‘땅 위의 인공태양’ 실험 성공한 핵융합硏 가보니

올해 7월 15일 대전 국가핵융합연구소에 온 국민의 눈이 쏠렸다. ‘땅 위의 인공태양’이라고 불리는 한국형 핵융합시험로 ‘KSTAR’가 플라스마, 즉 첫 불꽃을 지핀 것이다. 처음 시도에 불꽃을 내는 데 성공한 것은 세계적으로 유례가 없는 엄청난 성과였다(실제 실험에 성공한 것은 6월이며 7월 공식 발표했다).

그러나 관심도 잠시뿐 열기는 금세 식었다. 핵융합 연구가 수십 년의 긴 여정을 앞두고 있는 걸 생각하면 진한 아쉬움이 남는다. 석 달이 지난 지금 그곳에서는 어떤 일이 벌어지고 있을까.

운전실험연구부의 백설희 연구원은 “요 며칠 조용해진 연구소 분위기가 반갑다”고 했다. 모처럼 KSTAR의 전자가열장치 제어프로그램을 수정하는 작업에 집중할 수 있었기 때문이란다. 요즘 연구소의 책임자 상당수는 10일부터 스위스에서 열린 국제핵융합콘퍼런스(FEC)에 참석하고 있다. 핵융합 분야에서는 가장 큰 국제행사다.

“플라스마 발생 실험에는 성공했지만 아직 숙제가 많습니다. 지금은 새로 만든 실험장치를 계속 시험로에 연결하고 있는데 모두 제어프로그램이 필요하거든요.”

백 연구원은 KSTAR를 운전할 프로그램을 만들고 보수하는 일을 맡고 있다. 번쩍이는 플라스마를 마음대로 제어하려면 100만분의 1초 단위로 동작시간을 조정해야 한다.

○ “운전시간 늘려라” 모의실험 한창

최근 연구소는 운영기술 확보에 주력하고 있다. 핵융합의 초기단계인 플라스마 생성에 성공했으니 이제는 운전시간을 늘릴 제어기술이 필요하기 때문이다. 이 부분은 유럽 일본 등 선진국에 비해 5, 6년 뒤처졌다는 평가다.

목표는 2017년까지 300초 운전 달성. 이론상 핵융합 과정에서 발생할 수 있는 불안정 요소는 300초 안에 확인할 수 있기 때문이다. 이 결과를 토대로 핵융합발전소를 만들 수 있다.

6월의 운전 시간은 249ms(밀리초·1ms는 1000분의 1초)였다. 그야말로 눈 깜빡 할 시간도 안 된다. 이를 300초로 늘리는 일은 결코 만만치 않은 작업이다.

각 부서에서는 내년도 실험을 위한 컴퓨터모의실험에 한창이다. 특히 핵융합 반응을 직접 측정하는 진단장비연구부, 제어기술을 연구하는 운전실험연구부 등은 ‘바쁘다’는 말을 입에 달고 있다.

김국희 운전연구부 박사는 “지난해부터 ‘에픽스’란 거대 실험장비 제어프로그램에 맞춰 시스템을 통합하고 있다”며 “5개의 진공배기장치, 전력시설 등 모든 핵심시설이 이에 맞춰 운영된다”고 전했다. 연구소는 2012년까지 20초 운전에 도전한다.

○ 건물 전체가 하나의 대형실험장치

연구소 지하공간으로 내려갔다. 영하 269도에서 작동하는 초전도자석에 전원을 공급하는 시설이 있다. 마침 초전도 자석의 자기장을 높이기 위한 추가 공사가 한창이다.

KSTAR는 현재 의료용 자기공명영상(MRI) 촬영장치 수준인 1.5테슬라(T)의 자장을 만든다. 내년에는 두 배 이상으로 올릴 계획이다. 2배 이상 힘이 세져 플라스마를 더 쉽게 다룰 수 있다.

연구소는 건물 전체가 하나의 대형 실험장치다.

지하 1∼3층에는 각종 전원장치와 냉각수 펌프가, 지상 2층에는 가열장치용 전원시설이 설치돼 있다. KSTAR 본체와 초전도 자석에 필요한 액체헬륨냉각시설도 2층에 위치한다. 3층에는 각종 진단장치가 자리하고 있다. 이런 시설은 모두 2층의 중앙통제실에서 조종한다.

김국희 박사는 “내년이면 KSTAR에서 발생한 플라스마 상태를 확인한 뒤 건물 뒤편에 있는 전원장치에 명령을 내려 플라스마를 제어하는 데 50μs(마이크로초·1μs는 100만분의 1초)면 충분할 것”이라고 설명했다.

2010년이면 우리나라에서도 국제핵융합콘퍼런스가 열린다. 세계의 핵융합전문가 1000명 이상이 대전에 모인다. 권면 핵융합연구소 선임단장은 “내년에 세계 과학자들 앞에 자랑할 만한 성과를 내놓겠다”고 말했다.

대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com

:플라스마:

전하를 띤 기체로 기체 액체 고체에 이어 제4의 상태로 불리기도 한다. 플라스마를 만들어 섭씨 1억 도까지 올리면 핵융합이 일어난다. 태양 안이 플라스마 상태다.

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