KSTAR 완공의 의미와 향후 과제

현재 인류는 지속적인 인구 증가와BRICs(Brazil, Russia, India & China)를 위시한 신흥 경제 대국의 출현에 따른 에너지 수요 급증으로 인해 석유, 천연가스를 비롯한 화석연료의 고갈이 가속화 되고 있다. 이와 더불어 화석연료의 지나친 사용으로 인해 나타난 지구 온난화와 같은 기후변화는 단지 자연 현상이아니라 정치적인 이슈가 되어 선진국과 저개발국가 간 새로운 갈등 요소가 되고 있으며, 환경친화적인 에너지 개발에 대한 대책이 없이는 향후 빠르게 변화하는 국제정세 속에서 국가의 미래는 불투명하다고 볼 수 있다. 따라서 앞으로에너지는 삶을 영위하는 기본적인 수단뿐만 아니라 국가의 존망을 결정짓는 척도가 될 것이다. 이러한 국제 환경 속에서 우리나라의 경우는부존자원이 거의 없고, 에너지 자원의 대부분을수입에 의존하는 현실이기에 새로운 에너지원을 찾는 것이야 말로 가장 시급한 당면과제라고볼 수 있다. 1970년대 이후 원자력 발전을 통하여 안정적인 에너지원을 확보하였지만, 사용 후핵연료 및 폐기물 처리 문제 등의 환경문제가항상 꼬리표처럼 따라 다니고 있어서 미래의 궁극적인 에너지원으로 내세우기에 현재로서는한계가 있다. 물론, 전 세계적으로 볼 때 원자력발전은 여전히 매력적인 에너지원임에는 틀림없는 사실이다. 이러한 맥락에서 우리는 미래의 에너지원으로서 무엇을 선택하고 거기에 집중할 것인가에대한 결정이 필요하다. 원료 공급의 무한성, 운전의 친환경성, 발전단가의 보장 및 출력의 효율성, 국가 경쟁력 등의 다각적인 분석을 통해결정이 되어야 한다. 이 중 핵융합 발전은 위 요구조건을 충족할 수 있는 가장 유망한 에너지원중의 하나로 고려될 수 있다. 물론 아직까지 상용화 되지 않았고 기존의 에너지원보다 불확실성이 높은 것이 사실이지만 세계 핵융합계는 그동안의 연구 결과를 토대로 미래 핵융합의 도약을 위하여 국제핵융합실험로(InternationalThermonuclear Experimental Reactor,ITER) 사업을 출범시켰다는 점은 우리에게 시사하는 바가 크다고 할 수 있다. KSTAR의 장치명은“차세대초전도핵융합연구장치”이며“한국의 태양”이라는 뜻으로 미래의 무한하며 청정한 대체에너지원으로서 태양과 별에서 발생하는 에너지원인 핵융합에너지를 지구상에서 구현하기 위한 개발을 중추적으로 수행할 한국의 중심연구장치다. 특히KSTAR 사업은 우리나라 역사 이래 단일장치로는 국내 최대 규모의 과학 프로젝트로서, 지난 2007년 9월 KSTAR 완공식을 통해서 세계적 수준의 최첨단 초전도 핵융합연구장치 건설의 성공적인 달성을 공식적으로 선언한 바 있다. 또한, KSTAR 장치의 설계특징은 전체가 초전도자석을 이용한 도우넛 형태의 토카막 방식핵융합장치로 형성되어 있다. 이러한 특성을중심으로 정상상태 운전(Steady-stateOperation)이 가능한 세계 최고 수준의 차세대초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)로 건설·운영될 예정이다. 먼저 우리나라는 핵융합분야에서 선진각국에 비해 불모지나 다름없는 척박한 환경을 딛고, 사업기간동안 기초적인 R&D부터 시작을해서 개념설계 및 기본설계로 발전시켜KSTAR 장치 제작 및 설치를 성공적으로 완료하였다. 국가 과학기술 세계화 전략의 일환으로기획된 KSTAR 사업은 국내 최대 규모의 과학프로젝트로서 1995년에 착수되었다. 총 사업기간 11년 8개월, 사업비 3,090 억 원, 매년 300명 이상의 연구 인력과, 70개 이상의 산업체 등산?학?연이 협동하여, 국내기술력으로 세계 최첨단의 초전도 자석시스템을 적용한 핵융합연구장치 건설을 성공적으로 완료하였다. 주요경과로는 범 국가적인 건설사업으로 대형 장치를 시스템별로 구분하여 국내 산학연이공동 참여하여 건설을 수행하였다. 장치건설 후진공상태에서 고온 플라즈마를 가두기 위한 토카막 구조물 개발·제작, 저온환경에서 자장을생성하여 플라즈마 위치제어를 수행하는 초전도 자석계통 개발·제작, 플라즈마 물성 측정을위한 진단 및 제어계 개발·제작, 핵융합반응을위한 초기가열장치 개발 및 관련 부대설비 연계업무 등을 수행하였다. 장치건설은 크게 세단계로 구분하여 진행하였으며, 1995년 12월부터 1997년까지의 진행된1단계에서는 세계 최초 신 기법을 적용한 초전도 모델 코일 개발 등 장치의 개념설계 및 장치제작을 위한 기반기술 R&D를 수행하였으며,1998년부터 2001년까지의 2단계에서는 초전도자석 제작기술의 자체 개발, 토카막 구조물 공학설계 등 장치의 공학설계를 성공적으로 수행하였다. 마지막으로 2002년부터 2007년까지의3단계에서는 장치의 본격적인 제작 및 조립설치가 진행되어 초기 가동에 필요한 단계별 진공시험을 달성하였다. 특히, 지난 2007년 9월에개최된 KSTAR 완공식을 통해 한국의 과학기술의 위상 및 과학 기술계의 자긍심과 명예를드높이고 사기를 크게 진작하는 자리가 되었다. KSTAR 장치는 기존 세계 유수의 핵융합 연구장치와는 달리 전체가 고성능 초전도자석으로 제작된 세계 최초의 핵융합연구장치로서 본체의 규모는 직경 10 m, 높이 10 m, 전체중량600 여 톤이며, 영하 269 도의 극저온에서 지구자기장의 10 만 배가 넘는 고자장으로 운전됨으로써 향후 수 억 도의 초고온 플라즈마를 수 백초 동안 연속 운전 할 수 있도록 하는 극한기술의 결정체이자 효율적인 핵융합연구장치이다.KSTAR 장치의 건설은 핵융합연구의 선진국에서조차 시도하지 못했던 여러 첨단기술이 요구되는 초전도자석 재료를 사용한 건설이었지만, 관련 분야의 경험이 거의 전무한 실정에서도 국내 산학연 간의 협동을 통해서 장치건설을 완공했다는 것 자체만으로도 국내 과학 기술력의 쾌거라고 할 수 있다. 나아가 본격적인 장치의 가동에 앞서 필수적이라 할 수 있는 성능시험을 통해 장치 건설 완료에만 만족하지 않고장치 본연의 품질을 확증하였다고 할 수 있다. 본 장치의 건설을 통해 확보하게 된 선진국수준의 핵융합장치 건설기술들을 나열하면 다음과 같다. KSTAR 사업의 착수 시점의 한국의 상황은 과학계 뿐만 아니라 사업계에 있어서도 이 분야와 관련하여 보유하고 있는 기술수준은 열악했었다. 하지만 서울대의 SNUT-79, 한국과학기술원의 KAIST-T, 원자력연구원의 KT-1 등을 통한 핵융합계통 인력배양과 기초과학지원연구원의 한빛장치와 포항공대의 포항가속기의 건설 운영을 통해 확보된 대형연구장치로의 건설경험은 KSTAR 장치건설의 기반이 되었다. 한국은 과학기술 후발주자로서 척박한 환경이지만 산업체, 연구소 및 학교를 아우르는 산학연의 협력체계를 구축하고 거듭되는 시행착오를 극복하고 세계 최첨단의 기술이 깃들여 있는 장치건설을 성공적으로 달성하였다. 결과적으로 KSTAR 건설을 통하여 국내 산업체는 선진국 수준의 초전도 핵융합연구장치 주요 부품의 핵심 설계 및 제작 기술을 갖출 수 있게 되었고, 이로써 ITER 주요 조달품의 제작 납품이 성사 될 수 있었다. 이는 핵융합로 건설을 위한 원천기술의 국내 확보가 가능하게 되어 향후 상용발전시설 해외 수출 시 제기 될 수 있는 기술 제약이 줄어들게 되었다.