1996년 연구개발사업단 출범… 차세대 에너지 개발 주도
초전도핵융합연구장치 `KSTAR`로 원천기술 확보 성과
7개국 공동 `ITER` 참여…핵융합연구 글로벌 허브 도약
초전도핵융합연구장치 `KSTAR`로 원천기술 확보 성과
7개국 공동 `ITER` 참여…핵융합연구 글로벌 허브 도약
■ 대덕 40년, 미래 40년
(14) 국가핵융합연구소
석유, 가스 등 부존자원 고갈과 지구온난화에 따른 기후변화 등으로 미래의 새로운 에너지원을 찾기 위한 에너지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 전 세계적으로 기존 에너지원이 갖고 있는 문제점을 해결하고 급격히 늘어가는 에너지 수요에 대응하기 위한 새로운 에너지 개발에 골몰하고 있는 것이다.
특히 자원빈국이며 에너지 다소비 국가 중의 하나인 우리나라에게 있어 에너지 개발은 지속가능한 성장과 미래 성장동력 확보 차원에서 매우 시급한 당면과제로 부각되고 있다.
이런 가운데 핵융합에너지가 인류의 근본적인 에너지 문제와 환경문제를 해결할 수 있는 `미래의 청정에너지원'으로 주목받고 있다. 핵융합에너지가 인류의 근본적인 에너지 문제와 환경 문제를 한꺼번에 해결해 줄 수 있는 에너지원이 될 것이라는 기대감 때문이다. 이에 상용화를 위한 수많은 기술적 난제가 남겨져 있음에도 불구하고 과학기술 선진국들은 앞다퉈 핵융합 기술개발에 나서고 있다.
지난 2005년 설립된 국가핵융합연구소(핵융합연)는 `꿈의 에너지'로 불리는 핵융합에너지개발을 주도하는 국내 유일의 핵융합 전문 연구기관이다. `차세대 초전도핵융합연구장치(KSTAR)'사업을 이끌며 뒤늦게 뛰어든 우리나라 핵융합 연구개발 능력을 세계적 수준으로 끌어 올리며 핵융합에너지 강국을 향한 힘찬 발걸음을 내딛고 있다.
핵융합에너지 상용화를 앞당기기 위한 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발 사업에도 참여해 우리의 우수한 핵융합 기술력을 인정받고 있으며 핵융합 선진국의 일원으로 당당하게 활약하고 있다.
◇뒤늦게 뛰어든 핵융합 연구=선진국에 비해 뒤늦게 시작한 핵융합 연구가 새로운 전기를 맞게 된 것은 지금으로부터 20여년 전인 1995년으로 거슬러 올라간다. 1995년 12월 정부는 핵융합 연구의 본격 추진을 위해 과학기술처 내에 `국가핵융합연구개발위원회'를 신설했다. 아울러 단기간에 핵융합 기술 수준을 선진국과 어깨를 나란히 할 정도로 올리기 위해 `국가핵융합 연구개발 기본계획'을 수립했다.
이 계획을 통해 KSTAR는 제2단계 선도기술개발사업으로 선정돼 정부의 대규모 투자와 지원을 받아 건설에 착수할 수 있게 됐다. KSTAR 건설 착수와 함께 핵융합 전담 조직체계도 갖춰졌다. 이듬해인 1996년 1월 한국기초과학지원연구원 내 `핵융합연구개발사업단'이 출범한 것이다. 이 사업단이 현재 핵융합연의 전신인 셈이다.
이어 2005년 10월 사업단은 한국기초과학지원연구원 부설 핵융합연구센터로 새로 출범한 뒤 2년 후인 2007년 KSTAR의 건설 완공과 함께 국가핵융합연구소로 명칭을 바꿔 명실상부한 국내 핵융합 연구를 전담하는 기관으로 발돋움하기 시작했다. 핵융합연의 출범은 곧 우리나라 핵융합 연구개발의 본격적인 개막을 알리는 신호탄과 같은 것이었다.
◇핵융합 연구의 기폭제...KSTAR 건설=핵융합연구개발사업단 발족으로 KSTAR 건설은 본격화됐다. 건설에 앞서 KSTAR 형태를 놓고 많은 논란이 있었다. 선진국에서 이미 검증된 상전도 코일 방식의 토카막을 적용해야 한다는 주장과 새로운 초전도 기술로 토카막을 구축해야 한다는 의견이 팽팽히 맞선 것이다. 논쟁 끝에 결국 새로운 기술의 초전도 방식을 채택키로 했다.
토카막은 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합 장치다. `D자 모양`의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정적 상태를 유지하도록 제어한다.
이처럼 KSTAR는 전자석이 초전도 재료로 만들어진 토카막형 핵융합연구장치로, 향후 핵융합 발전소 건설을 위해 반드시 확보해야 할 핵심 기술을 확보하기 위해 지어진 것이다.
1995년 건설사업에 들어간 KSTAR에는 특수실험동 건설비 1500억원, 장치 건설비 3090억원이 소요됐으며, 설계ㆍ제작ㆍ조립ㆍ종합 시범운전에 이르기까지 장장 12년에 걸쳐 진행된 단군 이래 국내 과학기술 역사상 최대 규모의 사업이었다.
즉 KSTAR는 사업이 착수된 지 11년 8개월 만인 2007년 9월 성공적으로 건설ㆍ완공됐다. 이후 종합 시운전을 거쳐 2008년 7월 최초 플라즈마 발생에 성공함에 따라 본격적인 운영단계에 들어섰다.
◇KSTAR, 국제핵융합실험로 축소판=우리나라는 설계, 개발, 제작까지 KSTAR의 전 과정을 순수 국내 기술로 개발하면서 세계 최고 성능의 초전도 자석 제작 기술을 확보하는 등 건설기간 동안 핵융합 관련 10대 원천기술을 확보할 수 있었다.
또 KSTAR에 사용된 신소재 초전도체(Nb3Sn)는 ITER에 사용되는 것과 같은 것으로, 현재까지 모든 초전도 자석을 Nb3Sn으로 만든 핵융합장치는 전 세계적으로 KSTAR가 유일하다. 이 때문에 KSTAR는 `ITER의 축소판'으로, ITER가 본격적으로 운영되기 이전의 사전 시험장치로 활용되며 전 세계 핵융합 연구자들로부터 주목을 받고 있다.
완공 이후에도 성공적인 운영결과를 도출하고 있다. 2008년 첫 플라즈마 발생에 성공했는데 이는 단 한번의 종합 시험운전을 통해 플라즈마 발생에 성공한 것이다. 세계적으로 처음 있는 사례일 뿐만 아니라 12년에 걸친 KSTAR 건설사업이 성공적으로 진행됐음을 알리는 결과라고 할 수 있다.
2010년에는 세계 최초로 초전도 토카막 장치에서 고효율 플라즈마 가둠 영역인 `H모드'를 목표보다 빨리 달성해 세계적으로 중요한 의미를 갖는 핵융합 연구장치로 명성을 얻었다. 이후 2011년 세계 최초로 핵융합플라즈마 불안정 현상(ELM)을 완벽 제어하는데 성공했고, 지난해에는 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마를 17초간 안정적으로 유지하는 성과를 냈다.
올해부터 2017년까지는 최장 300초까지 플라즈마 유지 시간을 늘려 나가는 장시간 운전에 들어가 ITER 선행장치로서의 역할을 수행할 계획이다.
◇ITER 참여로 세계 속의 위치 확고히=핵융합연은 핵융합에너지 상용화를 위해 EU, 미국, 일본, 중국 등 7개 국가들과 공동으로 ITER 공동개발사업의 국내 전담 기관으로 역할을 맡고 있다.
ITER 사업은 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적ㆍ기술적 실증을 위해 우리나라를 비롯한 7개 주요 선진국들이 공동으로 국제핵융합실험로인 `ITER'를 건설ㆍ운영하는 국제협력 프로젝트다. 라틴어로 `길'이라는 뜻의 ITER은 태양에너지와 같은 핵융합에너지를 지구에서 생산하는 것을 목표로 하는 21세기 인류에게 주어진 가장 도전적인 과학기술 과제 중의 하나다.
우리나라는 KSTAR와 ITER를 통해 축적된 기술을 바탕으로 데모 실증로 건설을 거쳐 오는 2040년대 한국형 핵융합 발전소를 짓겠다는 야심찬 계획을 세워놓고 있다.
ITER 장치는 중수소와 삼중수소를 연료로 사용해 초고온의 플라즈마를 만들고, 자체 연소에 의해 장시간 핵융합 반응을 유지하도록 설계ㆍ제작하는 세계 최초의 핵융합실험로다. 최종 목표는 2020년까지 열출력 500㎿, 연소시간 300∼500초 이상을 달성하는 데 있다. 현재 프랑스 카다라쉬에 건설되고 있으며, 2020년 최초 플라즈마를 구현할 계획이다.
우리나라는 2002년 12월 KSTAR 건설을 통한 기술력을 인정받아 국제기구 평가단의 실사를 거쳐 2003년 6월 정식으로 회원국에 가입했다. 정부는 ITER 참여 지원을 위한 준비에 나서 2007년 ITER 한국사업의 본격적인 추진을 위한 법적ㆍ제도적 기반을 마쳤고 핵융합연 산하에 `ITER 한국사업단'도 출범시켰다.
ITER 한국사업단은 우리나라에 할당된 조달품목의 설계ㆍ제작 및 적기 납품을 비롯해 핵융합 상용화 기술 확보를 위한 핵심ㆍ원천기술 확보, 전문인력 양성 및 파견, ITER 기구 및 참여국 간 협력을 위한 국내 전담기관 등으로 역할을 수행하고 있다.
핵융합연은 앞으로 KSTAR를 국제 핵융합 공동연구시설로 운영하고 ITER 사업의 주도적 역할을 담당하는 등 세계 핵융합 연구의 허브 역할을 거듭난다는 계획이다. 또한 향후 한국형 핵융합발전소를 건설할 수 있는 핵융합 핵심 기술 개발에 전념해 꿈의 에너지를 현실의 에너지로 바꿔 나가며 국가 에너지 자립의 기틀을 마련한다는 목표다.
대전=이준기기자 bongchu@
(14) 국가핵융합연구소
석유, 가스 등 부존자원 고갈과 지구온난화에 따른 기후변화 등으로 미래의 새로운 에너지원을 찾기 위한 에너지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 전 세계적으로 기존 에너지원이 갖고 있는 문제점을 해결하고 급격히 늘어가는 에너지 수요에 대응하기 위한 새로운 에너지 개발에 골몰하고 있는 것이다.
특히 자원빈국이며 에너지 다소비 국가 중의 하나인 우리나라에게 있어 에너지 개발은 지속가능한 성장과 미래 성장동력 확보 차원에서 매우 시급한 당면과제로 부각되고 있다.
이런 가운데 핵융합에너지가 인류의 근본적인 에너지 문제와 환경문제를 해결할 수 있는 `미래의 청정에너지원'으로 주목받고 있다. 핵융합에너지가 인류의 근본적인 에너지 문제와 환경 문제를 한꺼번에 해결해 줄 수 있는 에너지원이 될 것이라는 기대감 때문이다. 이에 상용화를 위한 수많은 기술적 난제가 남겨져 있음에도 불구하고 과학기술 선진국들은 앞다퉈 핵융합 기술개발에 나서고 있다.
지난 2005년 설립된 국가핵융합연구소(핵융합연)는 `꿈의 에너지'로 불리는 핵융합에너지개발을 주도하는 국내 유일의 핵융합 전문 연구기관이다. `차세대 초전도핵융합연구장치(KSTAR)'사업을 이끌며 뒤늦게 뛰어든 우리나라 핵융합 연구개발 능력을 세계적 수준으로 끌어 올리며 핵융합에너지 강국을 향한 힘찬 발걸음을 내딛고 있다.
핵융합에너지 상용화를 앞당기기 위한 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발 사업에도 참여해 우리의 우수한 핵융합 기술력을 인정받고 있으며 핵융합 선진국의 일원으로 당당하게 활약하고 있다.
◇뒤늦게 뛰어든 핵융합 연구=선진국에 비해 뒤늦게 시작한 핵융합 연구가 새로운 전기를 맞게 된 것은 지금으로부터 20여년 전인 1995년으로 거슬러 올라간다. 1995년 12월 정부는 핵융합 연구의 본격 추진을 위해 과학기술처 내에 `국가핵융합연구개발위원회'를 신설했다. 아울러 단기간에 핵융합 기술 수준을 선진국과 어깨를 나란히 할 정도로 올리기 위해 `국가핵융합 연구개발 기본계획'을 수립했다.
이 계획을 통해 KSTAR는 제2단계 선도기술개발사업으로 선정돼 정부의 대규모 투자와 지원을 받아 건설에 착수할 수 있게 됐다. KSTAR 건설 착수와 함께 핵융합 전담 조직체계도 갖춰졌다. 이듬해인 1996년 1월 한국기초과학지원연구원 내 `핵융합연구개발사업단'이 출범한 것이다. 이 사업단이 현재 핵융합연의 전신인 셈이다.
이어 2005년 10월 사업단은 한국기초과학지원연구원 부설 핵융합연구센터로 새로 출범한 뒤 2년 후인 2007년 KSTAR의 건설 완공과 함께 국가핵융합연구소로 명칭을 바꿔 명실상부한 국내 핵융합 연구를 전담하는 기관으로 발돋움하기 시작했다. 핵융합연의 출범은 곧 우리나라 핵융합 연구개발의 본격적인 개막을 알리는 신호탄과 같은 것이었다.
◇핵융합 연구의 기폭제...KSTAR 건설=핵융합연구개발사업단 발족으로 KSTAR 건설은 본격화됐다. 건설에 앞서 KSTAR 형태를 놓고 많은 논란이 있었다. 선진국에서 이미 검증된 상전도 코일 방식의 토카막을 적용해야 한다는 주장과 새로운 초전도 기술로 토카막을 구축해야 한다는 의견이 팽팽히 맞선 것이다. 논쟁 끝에 결국 새로운 기술의 초전도 방식을 채택키로 했다.
토카막은 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합 장치다. `D자 모양`의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정적 상태를 유지하도록 제어한다.
이처럼 KSTAR는 전자석이 초전도 재료로 만들어진 토카막형 핵융합연구장치로, 향후 핵융합 발전소 건설을 위해 반드시 확보해야 할 핵심 기술을 확보하기 위해 지어진 것이다.
1995년 건설사업에 들어간 KSTAR에는 특수실험동 건설비 1500억원, 장치 건설비 3090억원이 소요됐으며, 설계ㆍ제작ㆍ조립ㆍ종합 시범운전에 이르기까지 장장 12년에 걸쳐 진행된 단군 이래 국내 과학기술 역사상 최대 규모의 사업이었다.
즉 KSTAR는 사업이 착수된 지 11년 8개월 만인 2007년 9월 성공적으로 건설ㆍ완공됐다. 이후 종합 시운전을 거쳐 2008년 7월 최초 플라즈마 발생에 성공함에 따라 본격적인 운영단계에 들어섰다.
◇KSTAR, 국제핵융합실험로 축소판=우리나라는 설계, 개발, 제작까지 KSTAR의 전 과정을 순수 국내 기술로 개발하면서 세계 최고 성능의 초전도 자석 제작 기술을 확보하는 등 건설기간 동안 핵융합 관련 10대 원천기술을 확보할 수 있었다.
또 KSTAR에 사용된 신소재 초전도체(Nb3Sn)는 ITER에 사용되는 것과 같은 것으로, 현재까지 모든 초전도 자석을 Nb3Sn으로 만든 핵융합장치는 전 세계적으로 KSTAR가 유일하다. 이 때문에 KSTAR는 `ITER의 축소판'으로, ITER가 본격적으로 운영되기 이전의 사전 시험장치로 활용되며 전 세계 핵융합 연구자들로부터 주목을 받고 있다.
완공 이후에도 성공적인 운영결과를 도출하고 있다. 2008년 첫 플라즈마 발생에 성공했는데 이는 단 한번의 종합 시험운전을 통해 플라즈마 발생에 성공한 것이다. 세계적으로 처음 있는 사례일 뿐만 아니라 12년에 걸친 KSTAR 건설사업이 성공적으로 진행됐음을 알리는 결과라고 할 수 있다.
2010년에는 세계 최초로 초전도 토카막 장치에서 고효율 플라즈마 가둠 영역인 `H모드'를 목표보다 빨리 달성해 세계적으로 중요한 의미를 갖는 핵융합 연구장치로 명성을 얻었다. 이후 2011년 세계 최초로 핵융합플라즈마 불안정 현상(ELM)을 완벽 제어하는데 성공했고, 지난해에는 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마를 17초간 안정적으로 유지하는 성과를 냈다.
올해부터 2017년까지는 최장 300초까지 플라즈마 유지 시간을 늘려 나가는 장시간 운전에 들어가 ITER 선행장치로서의 역할을 수행할 계획이다.
◇ITER 참여로 세계 속의 위치 확고히=핵융합연은 핵융합에너지 상용화를 위해 EU, 미국, 일본, 중국 등 7개 국가들과 공동으로 ITER 공동개발사업의 국내 전담 기관으로 역할을 맡고 있다.
ITER 사업은 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적ㆍ기술적 실증을 위해 우리나라를 비롯한 7개 주요 선진국들이 공동으로 국제핵융합실험로인 `ITER'를 건설ㆍ운영하는 국제협력 프로젝트다. 라틴어로 `길'이라는 뜻의 ITER은 태양에너지와 같은 핵융합에너지를 지구에서 생산하는 것을 목표로 하는 21세기 인류에게 주어진 가장 도전적인 과학기술 과제 중의 하나다.
우리나라는 KSTAR와 ITER를 통해 축적된 기술을 바탕으로 데모 실증로 건설을 거쳐 오는 2040년대 한국형 핵융합 발전소를 짓겠다는 야심찬 계획을 세워놓고 있다.
ITER 장치는 중수소와 삼중수소를 연료로 사용해 초고온의 플라즈마를 만들고, 자체 연소에 의해 장시간 핵융합 반응을 유지하도록 설계ㆍ제작하는 세계 최초의 핵융합실험로다. 최종 목표는 2020년까지 열출력 500㎿, 연소시간 300∼500초 이상을 달성하는 데 있다. 현재 프랑스 카다라쉬에 건설되고 있으며, 2020년 최초 플라즈마를 구현할 계획이다.
우리나라는 2002년 12월 KSTAR 건설을 통한 기술력을 인정받아 국제기구 평가단의 실사를 거쳐 2003년 6월 정식으로 회원국에 가입했다. 정부는 ITER 참여 지원을 위한 준비에 나서 2007년 ITER 한국사업의 본격적인 추진을 위한 법적ㆍ제도적 기반을 마쳤고 핵융합연 산하에 `ITER 한국사업단'도 출범시켰다.
ITER 한국사업단은 우리나라에 할당된 조달품목의 설계ㆍ제작 및 적기 납품을 비롯해 핵융합 상용화 기술 확보를 위한 핵심ㆍ원천기술 확보, 전문인력 양성 및 파견, ITER 기구 및 참여국 간 협력을 위한 국내 전담기관 등으로 역할을 수행하고 있다.
핵융합연은 앞으로 KSTAR를 국제 핵융합 공동연구시설로 운영하고 ITER 사업의 주도적 역할을 담당하는 등 세계 핵융합 연구의 허브 역할을 거듭난다는 계획이다. 또한 향후 한국형 핵융합발전소를 건설할 수 있는 핵융합 핵심 기술 개발에 전념해 꿈의 에너지를 현실의 에너지로 바꿔 나가며 국가 에너지 자립의 기틀을 마련한다는 목표다.
대전=이준기기자 bongchu@
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