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- 높이 18m의 이 원통은 고리 모양의 플라즈마 용기의 축을 형성, 3테슬라의 자기장 생성
- 50MW의 열에너지만으로 500MW의 에너지를 생산할 것으로 예상
- 니오븀 주석으로 제작된 초전도 코일을 사용하는 솔레노이드는 13테슬라의 자기장 생성
- 항공모함 전체를 2미터 높이로 들어 올릴 수 있는 강도
- 핵융합로의 시운전은 현재 2033/2034년으로 계획되어 있다.

ITER 핵융합로: 핵융합로 핵심 완성
중앙 솔레노이드 자석의 마지막 부분 완성

핵융합으로 가는 길:
ITER 핵융합로의 핵심인 중앙 솔레노이드 자석이 완성되었다. 높이 18미터의 이 원통은 고리 모양의 플라즈마 용기의 축을 형성하며 13테슬라의 자기장을 생성한다. 이 자기장은 항공모함 전체를 들어 올릴 수 있을 만큼 강력하지만, ITER 핵융합로에서는 핵융합 플라즈마를 가열하고 흐름을 생성하는 데 필요하다. 전체 핵융합로 단지가 완전히 조립되기까지는 몇 년이 걸릴 것이다. 

▲ ITER 핵융합로의 "심장"인 중앙 솔레노이드 자석이 이제 완성되었다. © US ITER

핵융합은 미래의 잠재적 에너지원으로 여겨진다. 하지만 이를 위해서는 핵융합 플라즈마를 점화하여 자립적인 핵융합 반응을 시작해야 한다. 레이저 핵융합은 2022년에 이를 달성했지만, 그 시간은 극히 짧았다. 또한, 미래의 핵융합 발전소는 핵융합 연료를 가열하고 가두는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생산해야 하는데, 이 또한 여전히 문제가 남아 있는 부분이다.

현재 프랑스 남부에 건설 중인 국제 대규모 핵융합로 ITER는 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다. 50MW의 열에너지만으로 500MW의 에너지를 생산할 것으로 예상되며, 이는 핵융합의 손익분기점을 크게 초과하는 수치다. 토카막 원리에 따라 작동하는 이 핵융합로에 필요한 자금과 약 100만 개의 부품은 35개국에서 지원받고 있다. 건설은 2020년에 시작되었다.

▲ 2024년 말 프랑스 남부 카다라슈에 위치한 ITER 부지의 항공 사진. © ITER Organization/ EJF Riche

ITER 노심의 마지막 구성품이 설치돼

이제 때가 되었다. ITER 핵융합로에 노심의 마지막 구성품인 중앙 솔레노이드 자석이 설치됐다. 높이 18m, 너비 4.25m, 무게 1,000톤이 넘는 이 자기 원통이 도넛 모양 핵융합로의 중심축을 형성한다. 니오븀 주석(Nb3Sn)으로 제작된 초전도 코일을 사용하는 솔레노이드는 13테슬라의 자기장을 생성할 수 있다. 이는 지구 자기장의 28만 배에 달하는 강력한 자기장으로, 항공모함 전체를 2미터 높이로 들어 올릴 수 있는 강도다.

완공된 ITER 반응로에서는 중앙 솔레노이드가 300~500초 동안 지속되는 규칙적인 자기 펄스를 생성하여 뜨겁고 대전된 플라즈마를 고리 모양의 흐름으로 만들어 가둔다. 동시에 이 자석의 "심장박동"은 플라즈마를 최대 1억 5천만 도까지 가열하고 약 1,500만 암페어에 해당하는 에너지를 전달하는데, 이는 이러한 유형의 핵융합로에서 생성되는 에너지 중 가장 큰 값이다.

두 개의 추가 자석 앙상블은 핵융합 플라즈마를 안전하게 가두는 역할을 합한. 이 18개의 토로이드형 코일과 6개의 폴로이드형 코일은 플라즈마 링 외부와 반응기 용기 위아래에 위치하여 플라즈마의 자기 "케이지"를 형성한다.

▲ ITER 중앙 토카막 복합체의 개략도. 여러 개의 자석 시스템이 고리 모양의 핵융합 플라즈마를 가열하는 동시에 가두고 정지시킨다. © ITER

정치적 갈등 속 국제 협력

"ITER 프로젝트는 역사상 가장 복잡한 과학 협력이다"고 전 ITER 사무총장 베르나르 비고(Bernard Bigot)는 2021년에 말했다. "이전에는 존재하지 않았던 부품들이 세 대륙에서 제작되고 있으며, 이 부품들은 모두 세계적인 수준의 엔지니어링의 결과물이다." 이러한 국제 협력을 통해서만 이러한 프로젝트가 가능하다.

중앙 솔레노이드가 완성됨에 따라 ITER 대형 원자로의 "조립" 단계가 공식적으로 시작되었다. 여러 국가에서 제작된 부품들은 이제 기본 구조에 점차 통합되고 있다. 현 ITER 사무총장 피에트로 바라바스키(Pietro Barabaschi)는 "ITER를 특별하게 만드는 것은 기술적 복잡성뿐만 아니라 변화하는 정치 상황에도 불구하고 계속되는 국제 협력이다"고 말했다.

오늘날까지도 정치적으로 반대하거나 적어도 우방국이 아닌 국가들이 ITER 프로젝트에 협력하고 있다. 중앙 솔레노이드와 원자로 지지 구조의 부품은 미국에서 제작되었으며, 토로이달 및 폴로이달 자석은 유럽, 러시아, 아시아에서 공급된다. 초전도 코일용 니오븀-주석 또한 이 세 지역에서 주로 생산된다. 초전도 자석용 냉각 시스템은 인도에서 제작되었다. 바라바스키는 "ITER 프로젝트는 희망의 구현이다. 평화로운 발전과 지속 가능한 에너지 미래가 가능함을 보여준다"고 말했다.

2030년대 초 시운전 계획

하지만 지난 몇 년간의 세계적인 사건들은 ITER 프로젝트, 특히 일정에 큰 영향을 미쳤다. 원래 건설은 2025년까지 완료될 예정이었지만, 코로나바이러스 팬데믹과 그에 따른 지연 및 경제적 문제로 인해 지연되었다. 핵융합로의 시운전은 현재 2033/2034년으로 계획되어 있다.
출처: ITER

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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