핵융합(연)-미국 MIT, 고온초전도 자석 연구협력 추진

- 핵융합에너지 조기 실현 위한 고온초전도 기술 강화 목표 

한국핵융합에너지연구원 전경. (자료제공: KSTAR)

D자형 고온초전도 코일 시제품(KSTAR 20분의 1 크기). (자료제공: KSTAR)

한국핵융합에너지연구원(KSTAR, 원장 오영국, 이하 핵융합(연))은 미국 매사추세츠공과대학교 플라즈마 과학 및 핵융합 센터(MIT Plasma Science and Fusion Center, MIT PSFC)와 고온초전도 도체 및 자석 설계 공동연구를 위한 연구협약을 체결했다고 5월 21일 밝혔다. 

고온초전도체(High-Temperature Superconductor, HTS)는 영하 269도(4K) 수준의 극저온 상태에서 전기 저항이 사라지는 저온초전도체와 달리, 이보다 높은 온도에서도 초전도 상태를 유지할 수 있는 신소재이다. 

이에, 저온초전도체의 필수 냉각제인 액체헬륨 대신 다양한 냉각제를 사용할 수 있으며, 더 강한 자기장 생성이 가능해 핵융합 장치의 소형화, 고성능화, 경제성 향상을 이끄는 핵심 기술로 주목받고 있다.

이번 협약은 저온초전도 기반의 핵융합로용 대형 자석에 강점을 지닌 핵융합(연)이 고온초전도 자석 개발을 선도하고 있는 MIT PSFC와 협력하여 핵융합로용 고온초전도 자석 기술을 확보하기 위해 추진되었다. 

핵융합(연)은 이번 협력을 통해 핵융합로용 고온초전도 자석 설계 및 해석 역량을 강화하고, 고온초전도 도체 및 자석 제작 기술의 기반을 마련할 계획이다. 

협약에 따라 양 기관은 향후 3년간 △핵융합로용 고온초전도 도체 특성 연구 △도체의 전류 전송 및 안정성 분석 △고온초전도 자석의 ㅤ퀜치 감지 및 해석 기술 개발 △핵융합로용 고온초전도 자석 설계 및 제작을 위한 기술 검토 등 다양한 분야에서 공동연구를 수행할 예정이다.

이를 통해 우리나라는 핵융합에너지 상용화에 필수적인 핵심 기술을 선점하고, 궁극적으로는 핵융합에너지 조기 실현을 앞당기는 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 

핵융합(연) 오영국 원장은 “최근 고온초전도체 기술이 핵융합에너지 실현을 위한 주요 기술로 부상하며 이를 둘러싼 글로벌 기술 경쟁도 본격화되고 있다”며 “이번 협력을 계기로 고온초전도 자석 기술 역량을 선제적으로 확보하고, 우리나라가 미래 핵융합 기술 분야의 주도권을 갖출 수 있도록 적극 대응하겠다”고 밝혔다.

* 주요 용어 설명 

- 핵융합에너지 : 태양에너지의 원리인 핵융합 반응 과정에서 나오는 에너지로 지구에서 인공적으로 핵융합 반응을 만들어 미래 에너지원으로 활용할 수 있도록 개발하는 연구가 진행되고 있음. 

- 초전도자석 : 초전도란 도체의 온도가 매우 낮아졌을 때, 도체 내에 흐르는 전류의 저항이 사라지는 현상. 초전도 상태에서는 도체에 많은 전류가 흘러도 저항에 의한 온도 상승이 거의 없을 뿐 아니라, 이로 인한 전력 손실도 매우 적음. 이 때문에 장시간 강한 자기장을 유지해야 하는 핵융합 장치에서 초전도자석은 필수.

- 저온초전도체(Low-Temperature Superconductor, LTS) : 현재까지 대부분의 초전도 핵융합 실험 장치에 사용되는 초전도체. 영하 269도 수준의 극저온 상태에서 초전도 상태를 유지할 수 있어 냉각제로 액체헬륨을 사용함.

- 고온초전도체(High-Temperature Superconductor, HTS) : 고온초전도체는 기존의 저온초전도체보다 높은 온도에서도 전기저항 없이 전류를 흐르게 할 수 있는 차세대 초전도 소재. 액체헬륨을 포함하여 다양한 냉각제 사용이 가능하여 냉각 시스템 설계의 유연성이 높음.

- 퀜치(Quench) : 초전도체가 외부 자극 등으로 인해 갑자기 초전도 상태를 잃고 일반 도체로 전환되는 현상. 이때 전기 저항으로 인해 일부에 집중하게 되는 국부적인 열로 자석이 손상될 수 있어 ㅤ퀜치를 조기에 감지하고 안전하게 제어하는 기술이 매우 중요.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]