KSTAR 장치의 핵심 기술 확보와 성공적인 시운전 및 단계별 운영 계획을 통한 글로벌 핵융합 연구의 선도적 역할 수행 doc_id CNTS-00056605532_2

KSTAR 장치의 정밀 조립을 위해서 기존의 해외 핵융합장치의 조립방법과 전혀 다른 회전형 조립기법을 개발하여 적용하였다. 이를 위한 특수 조립기구를 국내 기술력으로 설계 제작하였으며, 이를 기반으로 ITER 장치의 조립기구 전량을 국산품으로 공급하게 되었다. 이밖에도 대형 초전도자석의 극저온 냉각 성능시험 기술, 플라즈마 물리측정을 위한 진단센서 기술, 플라즈마 가열을 위한 고주파 및 중성입자빔 가열장치의 핵심기술, 고효율 반도체형 초전도자석 전원공급장치 등의 개발을 달성하였다. 이같이 국내 기술을 통해 초전도 핵융합연구장치와 나아가 핵융합발전로 건설에 필요한 원천기술을 확보 할 수 있었고 관련 국내산업체의 기술력을 한 단계 발전시켜서 세계적인 경쟁력을 갖추어 국제적인 입지를 강화하였다. KSTAR 장치의 건설이 완료되었기에 본격적인 장치의 운전과 실험이 남아있다. KSTAR장치는 기존의 핵융합장치와는 달리 초전도자석을 사용한 대형연구장치로서 운전을 위해서는 액체헬륨을 사용한 극저온냉각을 포함한 장치 시운전이 필요하다. 따라서 KSTAR 토카막시스템의 주장치, 부대장비 및 부대설비의 건설에 대한 최종적인 검증으로서 종합 시운전을 완료한 다음 최초 플라즈마 발생을 계획하고 있다. 이는 세계 최초로 운전 안전성이 높은Nb3Sn을 채택한 초전도 토카막에서 플라즈마를 성공적으로 발생하는 것을 우선 목표로 하고있다. 즉, 토카막 시스템에서 초전도자석을 사용한 Ohmic 방전에 의해 발생한 토카막 플라즈마를 일컫는다. 계획중인 최초플라즈마는 플라즈마 전류 100 kA급, 플라즈마 유지시간 100ms, 운전자기장 1.5 테슬라급에 해당된다. KSTAR에서의 최초플라즈마 발생은 건설된장치의 종합시운전의 완성단계로서 각 세부 장치의 기본 성능을 최종 검증하는 것이다. 이와더불어 핵융합 플라즈마 발생의 메카니즘과 실험변수에 대한 연구가 착수되었음을 의미한다. 현재까지 세계 핵융합계는 상전도 토카막을이용한 수 십 초 단위의 펄스 운전만 가능하거나, 초전도자석을 부분적으로 이용하여 상대적으로 저 성능의 장시간 운전만 달성하였다. 그러나 실제적으로 미래의 에너지 시장에 성공적으로 진입하기 위해서는 ITER 장치와 같이 고성능 장시간 운전달성과 더불어 핵융합발전 실증로인 DEMO 장치를 통한 실제적인 발전기술의 확인이 요구된다. 1960년대부터 연구를 시작해온 미국, 일본,유럽, 러시아에 비해 후발주자인 한국, 중국, 인도 등은 ITER장치의 핵심기술인 초전도자석을사용한 핵융합장치의 건설을 추진해 왔다. 중국과 인도에 비해 KSTAR 장치는 ITER 장치와동일한 종류의 초전도자석을 사용하는 등 현존의 핵융합 연구장치 중에서 ITER와 기술적인유사성이 가장 크다. 따라서 KSTAR 장치의 운전 자체가 바로 ITER 장치의 사전운전을 예측하는 자료로 활용될 수 있게 되기에 KSTAR 장치의 운전결과에 세계 여러나라가 큰 관심을 갖고 있다. 이와 더불어 KSTAR는 ITER나 DEMO를건설하는데 꼭 필요한 장시간, 고성능 운전과관련된 R&D를 수행할 수 있는 핵융합연구의차세대 선두주자 역할을 다 할 것으로 기대하고있다. 핵융합 기초연구를 통한 선진국 수준의 연구역량을 지속적으로 강화 하고 장치 운전 및R&D 전문 인력을 양성하면서 4단계에 걸쳐 기초연구와 장시간 운전기술, 핵융합발전로 선행기술 등을 확보하는 세계 최고 성능의 토카막장치로 운영되어야 한다. 현재 세계적으로 ITER 장치 운전개시는2016년, DEMO 장치 개념설계 완성은 2020년대 초반을 목표로 하고 있다. 따라서 KSTAR장치에서의 ITER 관련 연구는 ITER 운전이 착수되는 2016년 이전까지 집중적으로 수행토록하는 것이 바람직한 반면 DEMO 장치 설계를위한 AT 운전기술 개발은 늦어도 2020년대 초반까지는 완성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 이러한 조건을 고려하여KSTAR 운영은 크게 다음과 같이 4단계로 나누어서 2020년대 중반까지 추진토록 하는 계획이 정립되어 있다. 제1단계에서는 장치 시운전 및 정상운전을위한 준비를 통해 기존 타 토카막들이 보여준운전 모드들을 빠른 시간 내에 재현하고 초전도자석 등 장치의 운전 성능을 실증해야 한다. 제2단계에서는 운전기술을 최적화하여 100초 이상 장시간 운전을 달성해야 하고 ITER 관 련 연구를 수행해야 한다. KSTAR 장치 건설은 걸음마 단계의 핵융합후발주자에서 선진각국과 어깨를 나란히 할 수있을 정도의 비약적인 기술도약을 이룰 수 있는근간이다. 핵융합 선진국도 이를 인정하여ITER 사업에 참여할 수 있는 기회를 주었고 건설에 우리나라의 연구결과와 산업체의 참여가현실화 될 것이다. 그러나 KSTAR 건설 초기와마찬가지로 핵융합연구장치의 운영에 있어서는아직 국내기반이 매우 취약하다는 사실은 인정할 수 밖에 없는 것이 현실이다. 그렇기 때문에취약한 국내 연구역량, 운전기술 수준 및 부대장치 개발비용 절감 등을 고려할 때 국제공동연구를 적극적으로 활용하여야 한다. 아울러 정부 간 협력협정을 체결하고 후속협력사업 및 협력체계를 마련하여 선진국에서이미 개발된 기술을 조기에 확보해야 한다. 특히 한·미, 한·일 및 한·EU 협약을 통해 사전에 KSTAR 진단 및 가열장치에 대한 공동 개발계획 수립토록 해야 한다. 또한, KSTAR 참여양자 간 또는 다자간 협정을 통해 투자를 적극유치하고 ITER 참여국뿐만 아니라 캐나다, 호주 등 ITER 비참여국도 참여할 수 있는 공동운영 체계를 조기에 구축하여 Time Sharing에따른 운영비 분담을 적극 검토해야 할 것이다.