사진. 한국핵융합에너지연구원

한국핵융합에너지연구원(이하 KFE)이 유럽 주요 핵융합 연구기관과 ‘KSTAR 텅스텐 환경 장시간 플라즈마 공동연구 실행계획(Project Plan)’에 서명했다고 밝혔다. 이번 공동연구에는 KFE를 비롯해 EUROfusion 컨소시엄 소속 기관인 프랑스 CEA 카다라슈, 이탈리아 ENEA 프라스카티 연구센터, 독일 막스플랑크 플라즈마물리연구소(이하 IPP) 가르힝, 핀란드 국가기술연구센터(VTT)가 참여한다.

미래 핵융합로에서 에너지를 생산하기 위해서는 초고온 플라즈마를 장시간 안정적으로 유지하는 기술이 필요하다. 이 과정에서 플라즈마와 직접 맞닿는 장치 내부 부품에는 고온에 강한 텅스텐 소재가 활용된다. 하지만 텅스텐과 플라즈마가 상호작용하면서 발생한 불순물이 플라즈마 내부로 유입되면 플라즈마 성능을 저하시킬 수 있어 텅스텐 환경에서 안정적인 플라즈마 운전기술 확보가 중요한 과제로 꼽힌다.

이번 공동연구는 KSTAR가 축적해 온 장시간 고성능 플라즈마 운전 역량과 유럽 연구기관의 텅스텐 장치 운전 및 분석 경험을 결합하는 데 초점을 맞춘다. 유럽 연구진은 독일 막스플랑크 플라즈마물리연구소의 ASDEX Upgrade(이하 AUG)와 프랑스 CEA의 WEST 등 텅스텐 장치에서 축적한 연구 경험을 바탕으로 공동연구에 참여한다.

KFE는 KSTAR를 활용한 공동 실험과 데이터 분석, 모델링 연구를 유럽 연구기관과 함께 추진할 예정이다. AUG는 독일 IPP가 운영하는 토카막 장치로 텅스텐 적용 플라즈마 운전 연구에 활용되고 있으며, WEST는 프랑스 CEA가 운영하는 토카막 장치로 텅스텐 환경에서 장시간 플라즈마 운전 연구를 수행하고 있다.

양측은 서로 다른 연구환경에서 축적한 기술과 데이터를 공유하며 미래 핵융합로에 요구되는 텅스텐 환경의 운전 조건을 검증하고 관련 기술을 고도화할 계획이다.

공동연구에서는 텅스텐 환경에서 장시간 안정적으로 플라즈마를 유지하기 위한 다양한 기술을 중점적으로 다룬다. 주요 연구 분야는 ▲텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전 ▲불순물 제어 ▲장치 내부 부품 열부하 저감 ▲플라즈마 불안정 현상 제어 ▲플라즈마 붕괴 영향 완화 ▲텅스텐 내부 부품 상태 진단 등이다.

특히 KFE는 2026년 하반기 KSTAR의 플라즈마 대면 내부 부품을 텅스텐으로 교체하는 업그레이드를 추진할 예정이다. 이를 통해 KSTAR는 미래 핵융합로와 더욱 유사한 텅스텐 환경에서 장시간 플라즈마 운전기술을 검증할 수 있는 기반을 확보하게 된다.

이번 협력을 계기로 KFE는 KSTAR의 국제 공동연구 플랫폼 역할도 확대할 계획이다. 유럽 주요 연구기관과의 공동 실험과 분석을 통해 텅스텐 환경 장시간 플라즈마 운전 분야의 국내 연구 역량을 강화하고 미래 핵융합로 운전에 필요한 기술 확보를 추진한다.

KFE 오영국 원장은 “KSTAR는 장시간 고성능 플라즈마 운전과 정밀 제어 연구에서 국제적으로 중요한 역할을 수행해 왔다”라며 “이번 유럽 주요 핵융합 연구기관과의 공동연구를 통해 미래 핵융합로 운전에 필요한 핵심 기술 확보에 기여하겠다”라고 말했다.