[중앙뉴스=김상미 기자] 한국의 핵융합 장치로 만든 인공태양 ‘케이스타’(KSTAR)가 태양 중심의 온도의 7배에 달하는 1억도로 플라즈마(고체·액체·기체를 넘어선 제4의 상태)를 20초 동안 운전하는 데 세계 최초로 성공했다.

한국핵융합에너지연구원은 24일 한국의 인공태양 ‘케이스타’가 핵융합 발전 최적 온도인 섭씨 1억도의 초고온 플라스마를 20초 동안 운전하는 데 성공했다고 밝혔다.

한국핵융합에너지연구원에 따르면, 태양 중심 온도(1천500만도)의 7배에 달하는 1억도 수준의 플라스마를 10초 이상 운전하기는 전 세계 핵융합 장치 중 케이스타가 처음이다.

앞서 한국핵융합에너지연구원은 2018년 1.5초, 올해 3월에는 8초 넘게 초고온 플라스마를 운전했다.

‘케이스타’는 땅 위에서 태양과 같은 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생산하는 초전도 핵융합 연구장치다.

이를 구현하려면 핵융합 토카막 장치(초고온 플라스마를 자기장으로 가두는 도넛 모양 장치) 내에서 초고온 플라스마를 오랫동안 안정적으로 유지하는 것이 중요하다.

불순물이 없는 플라스마를 구현하기 위해서는 극저온·초고진공 상태를 유지하는 기술도 관건이다.

한국핵융합에너지연구원에 따르면, 다른 핵융합 장치들은 케이스타와 같은 초전도 자석이 아닌 상전도 구리 자석을 이용하기 때문에 과도한 온도 상승으로 장시간 운전하는 데 한계가 있었다.

연구원은 내부에 자기 장벽을 만들어 플라스마 성능을 고성능 운전 모드 이상으로 확장할 수 있는 ‘내부수송장벽’(ITB) 모드를 통해 장시간 플라스마를 유지하는 데 성공했다.

한국핵융합에너지연구원은 “‘케이스타’의 최종 목표는 2025년까지 300초 연속 운전하는 것”이라며 “고성능 플라스마 운전을 위해 내년 디버터(플라스마에서 발생한 열에너지를 다른 곳으로 보내는 장치) 소재를 기존 탄소에서 텅스텐으로 교체할 계획”이라고 밝혔다.

또한 연구원은 2040년 케이스타가 생산한 핵융합 에너지로 실제 전기를 생산하는 차세대 핵융합 실증로 ‘케이데모’(K-DEMO) 운전을 목표로 하고 있다.

국제 핵융합 에너지 개발 프로젝트인 ‘국제핵융합실험로’(ITER)가 예정대로 2035년 핵융합 에너지의 효율성 실증에 성공하게 되면, 2050년께 핵융합 에너지 상용화가 가능할 것으로 예상된다.

윤시우 한국핵융합에너지연구원 케이스타 연구센터장은 “핵융합 에너지는 핵분열 반응을 이용한 원자력 발전보다 효율은 10배 이상 높으면서 방사성 물질 누출 우려가 없는 차세대 청정에너지”라며 “이번 성과는 ITER 실험에 기여할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 실험에는 서울대 원자핵공학과 나용수 연구팀, 미국 컬럼비아대 연구팀이 공동으로 참여했다.

다음 달 10일까지 진행되는 실험 결과는 내년 5월 열리는 핵융합 연구자들의 올림픽 ‘IAEA 핵융합에너지 콘퍼런스’에서 전 세계 핵융합 연구자들에게 공개된다.