ITER


국가핵융합연구소 ITER한국사업단이 우리나라를 포함해 세계 선진 7개국이 공동 수행하고 있는 ITER(국제핵융합실험로) 핵심품목인 진공용기 본체 제작에 본격 착수했습니다.

진공용기는 핵융합 장치의 가장 안쪽에 위치해 핵융합 반응이 일어나 초고온 플라즈마가 생성되는 공간으로, ITER 건설을 위해 우리나라와 유럽연합이 공동으로 조달하는 핵심 품목입니다.

이번 제작에는 KSTAR(한국형핵융합로) 진공용기 제작에 참여했던 현대중공업이 참여합니다.

현대중공업은 최근 ITER 진공용기 본체 제작 착수를 위한 Mock-up을 제작해 전반의 핵심기술을 확보했고, 그 결과 진공용기의 공동조달국인 유럽보다 먼저 본체 제작에 들어가게 됐습니다.

ITER 진공용기는 최종 완성 시 총 무게 5000톤, 전체 높이 11.3m, 외경 약 20m에 달하는 거대 구조물임에도, 제작 및 설치 과정에서는 오차 10mm 이하의 고도 정밀도를 요하는 고난이도 기술을 필요로 합니다.

ITER 진공용기 본체 제작을 위한 원자재 절단 작업

ITER 진공용기의 제작을 위해 현대중공업에서 사전 제작한 모형물 일부


<국제핵융합실험로(ITER) 사업 개요>

□ 목적
 ○ 핵융합 반응을 통한 대용량 전기 생산의 가능성을 실증하기 위해 한국, 미국, EU, 일본 등 7개국이 공동으로 ITER 건설 운영에 참여
 ○ '40년대 상용 핵융합발전소의 국내 건설을 목표로 핵융합에너지 상용화에 대비한 원천기술 확보 및 핵심인력 양성
     ※ ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) : 한국, 미국, EU, 일본, 중국, 러시아, 인도 7개국이 공동으로 건설하는 핵융합실험로

□ 추진경과
 ○ '06.11.21  ITER 공동이행협정 및 특권 면제협정 서명 (파리)
 ○ '07. 4.  ITER 공동이행협정 국회비준 동의 (제266회 임시국회)
 ○ '07. 9.  ITER 사업 국내전담기관 지정 (과기부 고시 제2007-17호)
 ○ '07.12.  ITER 공동개발사업 처리규정 제정 (과기부 훈령 제 256호)

□ 주요 내용
 ○ ITER 조달을 위한 사업관리 및 운영
   - 우리나라에 할당된 핵융합 핵심기술 관련 9개 조달품목에 대하여 국내 산업체를 통한 적기 제작 및 납품
     ※ 9개 조달품목 : 초전도도체, 진공용기 본체 및 포트, 블랑켓차폐블록, 조립장비류, 열차폐체, 삼중수소 저장 공급시스템, 전원공급장치, 진단장치
   - 우리나라 조달품목의 적기 조달을 위한 사업관리시스템 구축?운영 및 ITER 기구와의 협력체제 강화
 ○ ITER 기술 확보 및 국내 핵융합에너지 개발에 필요한 전문인력양성
   - ITER 기구에 지속적인 인력 파견 및 국내 핵융합기초연구인력 양성
 ○ 핵융합 상용화 기술 확보를 위한 핵심기술 연구?개발
   - ITER 건설?운영 및 실증실험을 통해 첨단 핵융합장치 제작?운전기술 습득 및 핵융합 원천기술 확보


<ITER 진공용기 본체 설명자료>

□ 기 능
  ○ ITER 진공용기는 본체와 포트로 구성되며 전체적으로는 토러스 형상을   이루면서 D형 단면의 이중 격벽 진공 구조물임
   - 핵융합 플라즈마 발생을 위한 초고진공 환경제공 및 저장 공간
   - 핵융합 연료 물질인 삼중수소 등 방사성물질에 대한 1차 방호벽
   - 플라즈마 방사열 차폐 및 중성자 차폐
   - 가열, 진단, 진공배기 및 원격유지보수 장비설치 및 이동통로 제공 

□ 제 원
  ○ ITER 진공용기는 최종 완성 시 총 무게가 약 5,000 톤, 전체 높이 11.3 미터, 외경이 약 20 미터에 달하는 거대 구조물이지만, 제작 및 설치 과정에서 10 밀리미터 이하의 고도 정밀도를 요함 ITER 진공용기는 9개의 40° 섹터로 제작되어 현장에서 조립하게 됨
  ○ 우리나라 조달내역
    -  2개의 40도 섹터(무게 : 약 400톤, 높이 : 11.3m, 폭 : 6.4m)
    -  참여률 : 21.1%(EU 78.9%)

ITER

      

※ ITER 진공용기 본체는 유치국인 프랑스의 원자력 규제요건에 따른 인허가 대상 품목임
   - PED, ESPN 등의 유럽 압력용기 규제요건 준수 필요
   - 진공용기는 프랑스의 RCC-MR 2007 Code에 따라 설계 및 제작이 진행됨
   - 프랑스 규제당국이 인정하는 공인검사기관  (ANB : Agreed Notified Body)이 설계, 제작 과정에 직접 참여함

□ 주요 추진 현황 및 실적
  ○ 2008년 11월 : ITER 국제기구 - 핵융합(연) 간 조달약정 체절
  ○ 2010년 1월 : 핵융합(연) - 현대중공업 간 조달계약 체결
                  제작성 검증을 위한 목업 제작 착수
  ○ 2010년 11월 : ITER 국제기구로부터 기본설계도 접수
  ○ 2011년 10월 : 제작 착수를 위한 Kick-off Meeting (KOM)
  ○ 2011년 12월 : 현대중공업으로부터 제작설계도 작성 완료
  ○ 2012년 1월 : 원자재 1차분 현대중공업 입고
  ○ 2012년 2월 : 원자재 마킹 및 절단 시작
                  (부산워터젯: 현대중공업 협력업체)
  ○ 2012년 2월 : 프랑스 원자력 규제감시 대행 기관인 ANB 전문가
                 초빙 (현대중공업) 및 본격적인 제작을 위한 기술자문

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posted by 이재형 과학이야기

한국형 핵융합로 KSTAR가 최근 플라즈마 발생 실험을 통해 핵융합 연구의 최대 난제 중 하나로 꼽히는 '핵융합 플라즈마 경계면 불안정 현상(ELM)' 제어에 성공했습니다.

경계면 불안정 현상(Edge Localized Mode :ELM)은 토카막형 핵융합 장치의 높은 밀폐 상태에서 발생하는 고온 플라즈마 경계의 큰 압력 변화로 인한 불안정(instability) 현상의 하나로, 발생 시 열손실과 장치 내벽에 손상을 주게 되어 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결해야 하는 난제입니다.


이번 KSTAR의 성과는 초전도 핵융합 장치에서 경계면 불안정 현상을 '완벽하게 억제'한 최초 사례입니다.

자장섭동에 의한 ELM 제어

□ 국가핵융합연구소 KSTAR운영사업단은 지난 4월부터 9월까지 수행한 KSTAR의 4번째 장치 운전 및 플라즈마 발생 실험에서 고성능 플라즈마 밀폐 상태인 H-모드를 유지하면서 자장섭동, 초음속 분자가스 투입, 플라즈마 수직이동 등의 방법을 이용하여 ELM 현상을 완벽하게 제어했습니다.

H-모드는 플라즈마 운전에 있어서 D자형으로의 형상제어와 더불어 일정 출력수준이상의 가열장치를 가동한 결과 동일한 환경 하에서 플라즈마 밀도와 온도가 약 2배 증가되는 현상입니다.

KSTAR는 지난해 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 H-모드를 달성했습니다.

그런데 H-모드 상태에서의 ELM 제어는 현존하는 전 세계 토카막형 핵융합 장치가 당면한 시급 문제로, 특히 국제 공동으로 개발하고 있는 ITER장치를 비롯해 향후 핵융합로의 안정적 운전을 위해 반드시 개발되어야 하는 기술입니다.

국가핵융합연구소는 이번 KSTAR 실험을 통해 간단한 자장섭동으로도 ELM 완화 효과를 얻음에 따라 이를 ITER와 같은 핵융합로에서 ELM현상 해결을 위한 방법으로 적용할 수 있음을 확인했습니다.

KSTAR 2011 Long-Pulse 운전 및 연장된 H-모드

□ KSTAR는 또한 지난해 H-모드의 첫 달성에 이어 올해 향상된 고성능 플라즈마 제어 기술을 이용하여 H-모드를 최대 5.2초 까지 안정적으로 연장, 유지했습니다.

플라즈마 전류는 600kA(최고 1MA), 지속시간 약 8초(최장 약 12.4초)를 기록했습니다.

KSTAR 운전에 따른 연도별 플라즈마 파형 비교

관련 글 KSTAR, 세계 최초 H-모드 성공<http://daedeokvalley.tistory.com/6>


 용  어  설  명

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) :
미래의 무한 에너지 자원인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, '95년 부터 '07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, '08년 최초플라즈마 발생에 한 이후 핵융합 상용화 기술 개발을 위해 본격 연구 단계에 들어선 연구시설.

경계면불안정 현상(Edge Localized Mode : ELM) :
토카막형 고온 플라즈마 경계 면에서의 큰 압력 변화로 인해 발생하는 불안정 (instability) 현상의 하나로서 1980년대 독일의 ASDEX 장치에서 처음 발견되었음. ELM 발생 시 플라즈마 내부의 많은 에너지가 밖으로 유출되면서 토카막 장치의 가둠 성능이 저하되며 유출된 에너지는 토카막 내벽에 큰 손상을 줄 수 있기 때문에 ELM은 ITER 핵융합장치의 안정적인 운전을 위해 반드시 제어되어야 하는 현상으로 인식되어 현재까지 전 세계의 모든 주요 핵융합장치에서 그 발생 메커니즘 및 제어 방법 등이 연구되고 있음.

토카막(Tokamak) :
태양처럼 핵융합 반응이 일어나도록 인공적인 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치로 러시아에서 처음 개발되어 현재 작동중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로는 대부분 토카막 방식을 채택하고 있음 

H-모드(High-confinement Mode) :
토카막형 핵융합장치의 운전에 있어 특정 조건 하에서 플라즈마 밀폐성능이 약 2배로 증가하는 현상으로서, 1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정되어 알려졌으며, 이는 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 대표한다. ITER장치 또한 H모드로 운전하도록 계획되어 있으며, 초전도 핵융합장치에서의 H모드는 지난해 KSTAR에서 처음 달성하였음.
 
국제핵융합실험로 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) :
핵융합에너지 상용화를 위한 과학적?기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 유럽연합, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 대형 국제 협력 프로젝트

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posted by 이재형 과학이야기

국가핵융합연구소가 선진 7개국이 참여하는 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트의 총괄기관인 ITER국제기구가 발주한 'ITER B형 방사성폐기물의 처리장치 개발 및 엔지니어링에 관한 개념설계' 과제를 수주했습니다.

이번 과제는 국가핵융합연구소의 ITER한국사업단과 한국원자력연구원(위탁연구기관)이 공동으로 수행하게 되는 것으로, 국제공개경쟁 입찰을 통해 우리나라가 ITER 방사성폐기물 처리 분야서만 이루어낸 4번째 수주입니다.  

핫셀 내부 금속 방사성폐기물 원격절단 장치 개념설계

14억 원의 연구비가 투입되는 이번 과제는 ITER 운전 중에 발생하는 B형 방사성 금속폐기물의 안전한 처리공정 기술과 절단장치 상세설계 및 폐기물 속에 함유되어 있는 삼중수소의 특성 분석과 효율적 제거 시스템을 설계함으로써 향후 방사성폐기물의 원격 처리기술 개념을 개발하는 것입니다.

이를 통해 우리나라에 할당된 조달 품목 이외의 분야에서도 국내 기술을 활용하여 ITER 건설에 참여하게 됨에 따라 향후 우리나라 핵융합발전로 건설을 위한 선행적 실증을 할 기회도 갖게 됩니다.

정기정 ITER한국사업단장은 국내 연구기관과 산업체들이 잇달아 ITER기구에서 발주한 다양한 과제 수주에 성공함으로써 향후 DEMO 및 핵융합 상용화의 기술자립 뿐만 아니라 핵융합 발전 기술 보유국으로서의 국제적 위상 제고에도 기여할 것으로 내다봤습니다.

삼중수소 제거장치, 포집 및 처리장치 등 개념설계


<국제핵융합실험로(ITER) 사업 개요>

□ 목적
 ○ 핵융합 반응을 통한 대용량 전기 생산의 가능성을 실증하기 위해 한국, 미국, EU, 일본 등 7개국이 공동으로 ITER 건설?운영에 참여
 ○ '40년대 상용 핵융합발전소의 국내 건설을 목표로 핵융합에너지 상용화에 대비한 원천기술 확보 및 핵심인력 양성
     ※ ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) : 한국, 미국, EU, 일본, 중국, 러시아, 인도 7개국이 공동으로 건설하는 핵융합실험로

□ 추진경과
 ○ '06.11.21  ITER 공동이행협정 및 특권?면제협정 서명 (파리)
 ○ '07. 4.  ITER 공동이행협정 국회비준 동의 (제266회 임시국회)
 ○ '07. 9.  ITER 사업 국내전담기관 지정 (과기부 고시 제2007-17호)
 ○ '07.12.  ITER 공동개발사업 처리규정 제정 (과기부 훈령 제 256호)

□ 주요 내용
 ○ ITER 조달을 위한 사업관리 및 운영
   - 우리나라에 할당된 핵융합 핵심기술 관련 9개 조달품목에 대하여 국내 산업체를 통한 적기 제작 및 납품
     ※ 9개 조달품목 : 초전도도체, 진공용기 본체 및 포트, 블랑켓차폐블록, 조립장비류, 열차폐체, 삼중수소 저장?공급시스템, 전원공급장치, 진단장치
   - 우리나라 조달품목의 적기 조달을 위한 사업관리시스템 구축?운영 및 ITER 기구와의 협력체제 강화
 ○ ITER 기술 확보 및 국내 핵융합에너지 개발에 필요한 전문인력양성
   - ITER 기구에 지속적인 인력 파견 및 국내 핵융합기초연구인력 양성
 ○ 핵융합 상용화 기술 확보를 위한 핵심기술 연구?개발
   - ITER 건설?운영 및 실증실험을 통해 첨단 핵융합장치 제작?운전기술 습득 및 핵융합 원천기술 확보


<ITER B형 방사성폐기물 처리장치 개발 및 엔지니어링>

□ 과제 개요
 ○ 과제명 : ITER B형 방사성폐기물 처리장치 개발 및 엔지니어링
 ○ 업무내용 :
   - B형 방사성 금속폐기물 처리공정기술 및 절단장치 세부개념설계
    - 삼중수소 제거장치 및 가스 처리 장치 세부개념설계
    - 폐기물 예비 포장 장치 및 바스켓 Stacking 세부개념설계 등
 ○ 과제비 : 약 14억원
 ○ 과제기간 : 2011. 9. 1 ~ 2012. 10. 31 (14개월)

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posted by 이재형 과학이야기
국가핵융합연구소 제3대 소장으로 권면 선임단장이 선임됐습니다.
 
신임 권 소장은 1976년 서울대학교 공과대학 원자핵공학과를 졸업하고, 1986년 미 조지아공대 대학원 핵공학 전공 석사, 1990년 동 대학교 핵공학 전공 박사학위를 받았습니다.

이후 1992년부터 1999년까지 포항가속기연구소 가속기개발실장으로 재직했고, 1999년 국가핵융합연구소 책임연구원으로 입소하여 장치운영부장, 연구개발부장 등을 거쳐 2007년부터 현재까지 선임단장을 맡고 있습니다.

주요 실적으로 2004년부터 2007년까지 KSTAR 최첨단 진단 및 제어 장치 개발 제작의 총괄 책임자로서 국내 핵융합 초정밀 진단기술과 플라즈마 거동 측정용 자기진단 센서 등을 개발했습니다.

또 2008년부터 현재까지 KSTAR 장치운영을 총괄하면서 효율적인 운영시스템을 성공리에 구축했고, 관련 국제공동연구 수행을 위한 국내외 공동연구 네트워크를 선도적으로 구축했다는 평가를 받고 있습니다.
 
신임 권 소장의 임기는 오는 2014년 9월 11까지 3년이며, 임명장 수여식과 취임식은 9월 14일 한국기초과학지원연구원에서 개최됩니다.
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posted by 이재형 과학이야기

국내 기술로 개발한 초전도 핵융합장치 KSTAR가 국제핵융합실험로 ITER의 마이크로파(혹은 초고주파) 가열을 위해 개발된 '170GHz 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD) 시스템'을 이용해 핵융합 장치의 초기 시동 및 플라즈마 가열에 최근 성공했습니다.

KSTAR 가열장치실에 설치된 170 GHz 고출력 마이크로파 가열 및 전류구동 시스템

현재 개발된 장치 중 가장 높은 주파수를 가진 '170기가헤르쯔(GHz) 마이크로파 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD)시스템'은 핵융합 장치에서 생성되는 플라즈마의 부분적인 가열과 전류 분포 제어에 가장 효과적인 장치로, ITER를 포함한 미래 핵융합로의 가열장치 분야 핵심 기술로 평가되고 있습니다.  

이번 성과는 핵융합 가열장치의 시스템 개발 초기단계에서부터 시스템 개발 및 통합과 실제 핵융합 장치에 적용하는 단계까지 ITER사업에 참여하는 한·미·일 등 다국 간 국제협력 프로그램을 통해 이루어진 대표적인 과학기술 분야의 국제협력 성공 사례로서 의미가 큽니다.

이번 실험에 사용된 ECH/CD 가열 시스템의 가장 핵심 부품인 170GHz, 1MW급 자이로트론 발진기는 ITER 장치의 가열을 위해 일본에서 개발된 최신 장치입니다.

한-일 핵융합협력 약정을 통해 일본 JAEA연구소에서 무상 임대한 170 GHz, 1 MW급 자이로트론 발진기

국가핵융합연구소는 한·일 핵융합 협력 약정을 기반으로 지난 7월 일본원자력연구개발기구(JAEA)로부터 이를 무상 임대 받아 KSTAR에 설치했습니다.

초고주파의 위치 제어가 가능한 마이크로파 빔 입사 장치는 미국 프린스턴플라즈마물리연구소(PPPL)와 국내 KSTAR 공동연구거점센터 중 하나인 포스텍의 '플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터'가 공동으로 개발해 지난 4월 KSTAR에 설치됐습니다. 
  
또 핵융합연의 KSTAR 운영사업단은 자이로트론 운전용 대용량 고전압 전원장치 및 통합 제어 시스템을 성공적으로 개발하고 설치해 최대 0.5MW급에 준하는 170GHz 마이크로파 빔을 KSTAR 장치에 입사하는 실험도 성공시켰습니다.

'170GHz ECH/CD 시스템은 미래 핵융합로에서의 플라즈마 전자가열과 플라즈마 전류분포 불안정성을 억제하고 제어하는 데 필수적인 시스템으로, 이를 위해 자이로트론 발진기 및 주요 핵심 부품의 개발을 위한 ITER 회원국 간의 국제협력이 활발히 진행되고 있습니다.

이번 170GHz ECH/CD 장치의 KSTAR 최초 적용은 세계 핵융합 전문가들의 주목을 받고 있으며, 향후 ITER 장치의 가열장치 개발은 물론 설치 및 시운전 뿐 아니라 ITER 초기 시동 시나리오 개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있습니다.
 
권면 KSTAR 운영사업단장은 이번 성과가 ITER에 적용될 가열 시스템의 기본실험이 국제핵융합공동연구장치로 주목받고 있는 KSTAR에서 먼저 수행되었다는 점에서 국제협력 거대장치 개발 중 대표적 성공사례로 의미를 부여했습니다.

한편 지난 4월부터 4번째 장치 가동에 들어간 KSTAR는 현재 플라즈마 발생 실험을 진행 중이며, 8월 말까지 플라즈마 실험을 진행한 후 장치 승온 작업 등을 통해 9월 말 가동을 마칠 예정입니다.
 

KSTAR 토카막 내부에 설치된 빔 입사 위치 제어 장치 (빨간색 원의 내부)

빔 입사 위치 제어 장치의 핵심 부품인 조사 거울 (steering mirror)의 모습



   용 어 설 명

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) : 미래의 무한 에너지 자원인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, '95년 부터 '07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, '08년 최초플라즈마 발생에 성공하여 장치성능을 입증한 이후로 본격 가동에 돌입하여 국제핵융합 공동 연구시설 운영되고 있음  

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) : 국제핵융합실험로, 핵융합에너지 상용화를 위한 과학적?기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 유럽연합, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 대형 국제 협력 프로젝트

토카막(Tokamak) : 태양처럼 핵융합 반응이 일어나도록 인공적인 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치로 러시아에서 처음 개발되었으며, 현재 작동중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로는 대부분 토카막 방식을 채택하고 있음 

마이크로파 플라즈마 가열 및 전류구동(Electron Cyclotron Heating and Current Drive)장치 : 핵융합 플라즈마 내에 존재하는 전자의 회전 운동과 공명(resonance)하는 주파수를 가진 마이크로파를 입사하여 전자를 선택적으로 가열하고 운동에너지를 전달하여 전류를 발생시키는 장치임. 전 세계 대부분의 토카막형 핵융합 장치에서 플라즈마 가열과 전류 제어용으로 다양한 실험을 위해 사용되고 있음  

자이로트론 (Gyrotron) : 자이로트론은 수 GHz(GHz는 FM라디오 주파수의 1000배 수준)에서 수백 GHz 대역의 광범위한 주파수를 가진 마이크로파를 최대 MW 급으로 발진하는 발진기로서, 발진기 내부에서 고에너지 전자빔의 파워를 마이크로파로 변환시키는 장치 임. 자이로트론 내부에 있는 전자총에 의해 고에너지 전자빔이 가속되며 강한 외부 자기장에 의해 회전 운동을 하며 특수한 형상의 공동(Cavity)구조에 도달하면 마이크로파가 발진됨

이재형 기자 1800916@cctoday.co.kr

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posted by 이재형 과학이야기

<전문>

2011년 辛卯年 새해가 밝았습니다.

우리가 맞이한 새해는 "토끼의 해"입니다. 토끼는 예로부터, 영리하고 민첩하며 변화무쌍과 다양성을 상징하는 지혜로운 동물로 여겨져 왔습니다. 우리는 새로 맞이한 辛卯年을 토끼와 같이 영민하게 행동하고, 변화를 주도적이면서도 지혜롭게 리드해 나가, 올 한해를 실로 神妙한 해로 힘을 합해 만들어 나가야 하겠습니다.

우리는 먼저 우리를 둘러싼 주위 환경을 같이 돌아보기를 원합니다. 지난해 말 국회를 통과한 과학기술기본법에 따라 "국가과학기술위원회"의 새로운 출범과 "국제과학비지니스벨트 특별법"에 따른 "기초과학연구원"의 설립 등, 우리나라 과학기술계를 둘러싼 환경변화로 촉발될 다양한 변화와 혁신들이 우리에게도 많은 변화로의 요구와 다양한 이슈들로 다가올 것임에는 틀림이 없습니다.

이제 우리는 핵융합연구개발분야로 같이 눈을 돌려 보기를 원합니다. 지난 2007년 "핵융합에너지개발진흥법"의 시행과 함께 성안된 "제1차  핵융합에너지개발진흥기본계획"의 착수와 함께 우리는 KSTAR 운영사업과 ITER건설사업의 수행을 계획에 맞추어 착실히 수행해 왔습니다.

이제 그 첫 다섯 해가 올해로 마감되고, 올해에는 다음 5개년 계획을 확정하여, 2012년에는 제2차 기본계획이 착수되어야겠습니다. 새로 성안될 제2차 기본계획에는 제1차 기본계획 수립 시 미진했거나 불확실했던 핵융합에너지 개발전략이 성안 혹은 보완되어, 내년부터 향후 5년간의 국가차원의 전략으로 완성되고, 그 중에서 특히 우리연구소가 해나가야 할 임무들을 우리 스스로 확립해 나가야 할 것입니다.

제2차 기본계획 중에 반영되어야 할 사항 중, 첫째 ITER 건설사업 기간 중 우리가 확보해야만 할, 비조달품목과 관련된 기술의 확보계획, 테스트 블랑켓 모듈(TBM) 개발과 관련된 기술의 확보 및 국제 공동연구개발계획 등을 새로 확정된 Baseline과 건설 마일스톤을 바탕으로 보완하여야 할 것입니다.

둘째 ITER 운영사업에 관한 우리나라의 수행계획을 확정하고, 건설기간 중 실험과 운영에 참여할 인력양성과 우리가 주도할 실험계획의 수립 등 운영준비와 진단장치, 가열장치와 전원공급장치 등 운영기간 중 업그레이드가 필요한 부대장치 조달계획의 수립되어야겠습니다.

셋째 기개발되어 기본계획에 반영된 KSTAR 운영계획의 보완도 중요합니다. 현재 ITER 건설단계에서 필수적인 실험 데이터 중 KSTAR 실험을 통해 얻어야만 하는 Nb3Sn 초전도 자석계의 운전과 "In-vessel Control Coil"과 관련된 실험 등을 KSTAR 부대장치를 조속히 보강하여 ITER의 Risk를 최대한 줄여 나갈수 있도록 협력해야 할 것입니다. 더 나아가 우리나라가 담당해야 할 ITER 운영분야 계획을 KSTAR 운영계획에 피드백하여 KSTAR 부대장치 업그레이드 계획과 실험계획의 중요한 드라이버가 될 수 있도록 동기화 해나가야 할 것입니다.

넷째 국제수준의 연구센터(WCI)로 운영 중인 "핵융합이론센터"의 운영과 연계하여 국내 핵융합 이론 및 시뮬레이션 분야 연구능력의 보강이 되겠습니다. 이는 KSTAR 운영단계 뿐만이 아니라 ITER 운영단계에서도 중요한 역할을 담당해야 하고, 그 발전 기간도 상대적으로 긴점을 고려해 연구인력의 개발과 하드웨어와 소프트웨어를 망라한 종합적인 기본계획을 성안해 나가야겠습니다.

다섯째 이제 KSTAR와 ITER를 넘어 우리 연구소의 미래이며, 상용화 전단계의 연구개발 최종 목표인 "핵융합 발전플랜트", K-DEMO의 개념을 확립하고 요구조건을 포함한 건설계획의 초안을 성안하여 기본계획에 명확한 마일스톤으로 확정하여 반영하는 것이 되겠습니다. 여기에는 "Provider-Push"라는 연구계의 전통적인 접근법을 과감히 벗어 던지고 "Client-Pull"방식의 상용화 전략과 "오픈 이노베이션"에 바탕을 둔 혁신적인 접근법으로 "Post-ITER Era"를 겨냥해 유럽, 일본, 미국과 중국이 얼마전 먼저 착수한 핵융합에너지 상용화를 향한 장거리 레이스가 시작되었음을 깨닫고 우리의 우수한 산업 경쟁력을 바탕으로 이제 우리가 먼저 치고 나가야겠습니다.
 
여섯째 플라즈마 응용기술과 핵융합 연구개발 결과를 활용한 과학사업화 전략의 확립과 분야별 및 단계별로 구분된 구체적인 기본계획의 수립과 반영이 되겠습니다. 여기에는 올 하반기 새만금에 완성될 "융복합 플라즈마연구센터"에서 수행될 예정인 사업을 포함하고, 국내 다양한 연구기관에서 수행 중인 이 분야 연구개발 사업 중, 과학사업화 개념의 적용 대상으로 적합한 사업들도 종합하여 성안되도록 노력해 나가야겠습니다.  

일곱째는 "핵융합 글로벌 R&D 전략센터"의 설립이 되겠습니다. 우리는 지난 국가핵융합연구개발위원회에 설립계획이 보고된 적이 있는 이 센터의 미션을 명확히 하여 실현시키는 것이 중요합니다. 모두 주지하시다시피 핵융합에너지의 상용화는 원천기술의 개발에서부터 플랜트 건설까지 가는 지난하고도 긴 인류사적인 사업입니다. 이 사업의 목표를 성공적으로 달성하기 위해서는 이 과업이 과학에서부터, 원천기술개발, 엔지니어링, 사업화에 걸치는 다양한 주체들이 국가의 범위를 넘어 협력하고 경쟁하는 복잡한 사회학적 대상이라고 보아야 합니다. 이 과업의 최종 승자는 분명히 기술개발과 글로벌 협력의 전략을 가장 잘 세우고 수행한 국가가 될 것이라 저는 믿어 의심치 않습니다. 또한, 위의 여섯가지 기본계획 상의 중요한 목표를 아우르고 전략화 할 주체가 이제 우리에게 필요한 때가 된 것입니다.

이제 마지막으로 우리 연구소 내부로 눈을 돌려 하드웨어 측면에서 살펴보면, 올해 10월말경이 되면 새만금지역인 군장산업단지에 "융복합 플라즈마연구센터"가 준공됩니다. 또, 올해부터 같은 지역에 국립군산대학교의 새만금 캠퍼스가 착공되어 건설이 진행되며, 새만금 종합개발계획도 지난 연말 국가계획이 확정되어 올해부터 시행에 들어갑니다. 우리는 국가 미래의 밝은 청사진이 실현될 곳에서 개척자로 먼저 참여하고, 지역 대학과 산업을 연계하는 주체가 되어 이제까지 국가사업으로 투자된 연구개발 재원이 과학사업화를 통해 국부로 창출되고, 또 우리들이 지역의 애로기술들의 해결사로 나서 지역혁신의 주체가 되어 나가야겠습니다.

다음은 지난해 설계를 완성한 "핵융합 첨단연구개발동"의 착공입니다. 이 첨단연구동은 첨단녹색기술을 접목한 친환경기술로 설계된 지상 6층 지하 4층의 연면적 22,000제곱미터 규모의 KSTAR실험동에 이은 대덕연구단지의 또 하나의 랜드마크가 될 것입니다. 여기에는 첨단연구실험공간과 업무공간 이외에도 전자도서관과 연계된 '창의공간'을 비롯해 휴게공간, 체력단련공간 등 직원 복지증진을 위한 공간과 여성직원을 위한 공간도 확보되어 이제 독립연구소로써 꼭 필요한 공간들이 마련될 것입니다. 또 공간부족으로 흩어져 있는 ITER한국사업단과 연구2동의 연구진들이 같이 모이며, KSTAR도 제어실험실과 연구실이 제자리를 찾을 수 있을 것입니다.

이와 함께, 우리는 K-DEMO 개발을 위해 기획 중인 "R&D Gap Study"를 바탕으로 국제과학비지니스벨트와 연계하여 우리연구소의 미래 R&D의 중추가 될 "본부 캠퍼스"의 개념 설계와 실험시설의 설계에도 착수 할 예정입니다.

이제 우리연구소 운영의 소프트웨어에 포커스를 맞추어 보겠습니다. 제가 소장으로 일해 온 두해 동안 저는 인재경영을 중심으로, 품질경영, 열린경영과 윤리경영을 네개의 "Pillar"들로 삼아 연구소를 경영해 왔습니다. 첫해 우리 연구소는 초기 사업단 조직에서 독립으로 운영되는 공공연구기관으로의 역사가 3년밖에 되지 않고, 운영조직과 인력이 부족하며 운영 소프트웨어도 걸음마 단계에 있었습니다. 그러나 젊고 열정적인 연구소 직원들 모두의 합심된 힘으로 이제 연구단지 내에서도 가장 활기찬 청년기를 맞는 연구소로 자리매김 해나가고 있다는 평가를 듣고 있습니다.

또 올해는 이제 3년간 경영단계의 한 획을 그으며 결과를 정리하고 방점을 찍어 나가야 할 중요한 한해이기도 합니다. 따라서, 이제 서서히 본 궤도에 진입 중인 품질경영은 ISO9001 인증 단계를 넘어 연구개발 뿐만이 아니라 행정기획 등 경영 전 분야에 걸쳐 품질보증 노력을 체화해 나가야겠습니다.

지난해 소셜넷을 활용한 내외부 고객과의 소통 노력도 올해부터는 진정성과 지속성을 담아 다수의 공감을 이루어가는 진정한 열린연구소가 되도록 저도 최선을 다해가겠습니다. 연구소 자원 동원이 가능한 범위내에서 연구소의 "Knowledge Management Flatform"을 구축하여 정보와 자료에의 접근을 투명하게 그리고 어디서나 가능하게 하는 시스템 구축에도 노력하겠습니다.

제가 연구소 경영의 최우선 순위에 두었던 인재경영을 더욱 심화해나가서 우리 연구소 직원들이 국민들로부터 존중받으므로 스스로 자부심을 가지는 기관이 되도록 최선을 다해나가겠습니다. 먼저 세계수준의 연구센터(WCI)를 기반으로 해외의 젊고 유능한 연구자들이 연구소를 찾아오고 여기서 자신의 최고 연구의 시간이 되도록 하드웨어와 소프트웨어 인프라를 만들어 가겠습니다. 실험부문과 이론시뮬레이션부문에 저명학자를 기념하는 펠로쉽과 주니어 펠로쉽을 세계권위자들로 구성된 위원회를 통해 선정하여 우리 캠퍼스에서 같이 시간을 보내며 연구해나가도록 하는 제도를 만들겠습니다.

또 내부 직원들을 위해 "Life-cycle Career Path Management Plan" 을 마련하여 정년 이후에도 핵융합아카데미와 산업체와 연계된 과학사업화를 통해 우리 직원들이 체화한 암묵지들을 적극 개발 활용하는 라이프 사이클 전반에 걸쳐 직원복지를 증진하고 전문인력 양성에 기여하는 계획도 추진해 나가겠습니다.

직원 복지와 연계한 사회공헌 프로그램을 디자인하여 시행함으로써 우리가 잘하며 우리에게 유익한 프로그램을 통해 지역사회와 어려운 이웃들에게 나눔을 실천하며 배려를 몸에 익힌 리더로 존경받는 우리 연구소 직원들이 되어 자부심을 가진 공동체적인 연구소가 되도록 제가 가진 최선을 다하겠습니다.

마지막으로 저는 좋은 직장을 가지도록 하는 것이 최고의 복지인 것을 믿습니다. 우리 연구소는 아직 다수의 전문인력의 충원이 필요한 초년생 연구소입니다. 저는 연구소 전문인력의 숫자를 정부로부터 추가 확보하고, 이를 통해 젊은 연구원들을 보강하고, 비정규직으로 일하고 있는 동료 직원들을 점진적으로 정규직화 해나가는데 힘쓰겠습니다. 이를 위해 동료 직원 여러분들이 조금씩 양보하고 힘을 모아주시면 이런 일들이 우리연구소에 기적같이 이루어지도록 최선의 노력을 기울여 나가겠습니다.

올해에도 우리에게는 또 다른 도전들이 우리 앞을 막고 설것입니다. 그러나 젊은 우리들은 신묘년 "토끼의 해" 첫날의 결심을 기억하고 민첩하게 행동하며, 지혜로운 생각들로 비책을 삼아 우리의 열정으로 어려움을 녹이는 "神妙한 해"를 같이 만들어 갑시다.

그리고 우리의 이런 열정과 노력이 쌓이고 모여 우리의 일터가 진정한 의미의 "행복한 연구소"가 되어 우리 모두의 가슴에 와 닿는 그날을 위해 우리 서로를 격려하고 같이 힘을 합해 나갑시다.

다시한번 새해 첫날에 연구소 동료 모두의 건강과 여러분 가족들의 행복을 기원하며 신년사를 마칩니다.

감사합니다.

         2011년 1월 3일
         국가핵융합연구소 소장 이경수

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posted by 이재형 과학이야기
우리나라 핵융합장치인 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 고성능 플라즈마 밀폐 상태인 H-모드를 달성했습니다.

핵융합연구소는 또 지난 9월부터 약 2개월간 국내외 공동실험으로 진행되어 온 KSTAR의 핵융합플라즈마 실험을 통해 H-모드 달성 이외에도 고성능 플라즈마 즈마 제어기술을 적용하여 D형 플라즈마 제어를 달성하는 등 당초의 목표성능 이상의 성과를 이뤘습니다.

D형 플라즈마는 고성능 플라즈마를 발생․유지 시킬 수 있는 조건으로 H-모드 운전을 위해 필요한 플라즈마 형태입니다.

KSTAR의 플라즈마 성능으로서 플라즈마 전류는 2009년 300kA급 3초 유지였는데요.
올해는
최고 약 720 kA의 플라즈마 전류로 최장 약 6.7초의 안정적인 운전을 달성했습니다.

KSTAR 운전에 따른 연도별 플라즈마 전류의 크기변화


또한 플라즈마를 가두는 초전도자석의 제어와 더불어 진공용기 내에 새롭게 설치된 고속 제어코일을 활용한 플라즈마 정밀 제어를 통해 토카막 플라즈마의 가장 안정된 형태인 D자형으로 형상을 제어하는 데에도 성공했다.

더불어 국내기술력으로 제작한 플라즈마 가열장치인 중성입자빔 가열장치(NBI)의 첫 가동을 통해 약 1.4 MW급의 중성입자빔을 플라즈마에 입사해 이온 온도를 2천만도(2 keV)까지 올림으로써 중수소 핵융합 반응에 의한 고속 중성자(2.45 MeV)를 검출했습니다.
 

□ D형 플라즈마 제어 달성

o 2009년도까지는 원형 플라즈마 발생

o 2010년도에는 초전도자석을 사용한 형상제어와 진공용기 내 고속제어 코일을 사용한 위치제어를 통해 D자형 플라즈마 제어 달성.

진공용기 내 발생한 D형의 플라즈마 형상

진공용기 내부 형상



















 

□ 고성능 플라즈마인 H-모드 달성

o 플라즈마 운전에 있어서 D자형으로의 형상제어와 더불어 일정 출력수준이상의 가열장치를 가동한 결과 동일한 환경 하에서 플라즈마 밀도와 온도가 약 2배 증가되는 현상을 H-모드라고 함.

H-모드에서의 플라즈마 압력의 분포. 주로 플라즈마 경계면에서 압력변화가 크다.



o 2010년도 운전결과 일정 조건 하에서 플라즈마 밀도, 온도 등이 급격히 증가하고 내부 저장에너지가 증가하는 H-모드가 발생함.  

KSTAR운전 중 약 2초 무렵에 H 모드가 발생에 따른 진단데이터의 변화



KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)  미래 녹색에너지인 핵융합에너지의 개발을 위해 국내 기술로 개발된 초전도 핵융합장치로 세계 최초로 ITER와 동일한 초전도 재료로 제작되었으며, ’95년부터 ’07년까지(약12년간) 주장치 완공 후, ’08년 최초플라즈마 발생에 성공하여 장치성능을 입증하고 본격가동 단계에 진입한 연구시설

H-모드(High-confinement Mode)는 토카막형 핵융합장치의 운전에 있어 특정 조건하에서 플라즈마 밀폐성능이 약 2배로 증가하는 현상입니다.
1982년 독일의 ASDEX 장치에서 처음 측정된 후 핵융합 장치의 우수한 운전 성능을 대표하게 됐는데요.
프랑스에 건설 중인 국제 협력 핵융압로인 ITER 역시 H-모드로 운전하도록 계획돼 잇습니다.
그런데 우리나라의 KSTAR가 초전도 핵융합장치로서는 세계 최초로 H-모드를 이룬 것입니다.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)는 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적․기술적 실증을 위하여 우리나라를 비롯하여 EU, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 공동으로 핵융합로를 건설하고 운영하는 국제 협력 프로젝트입니다.

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posted by 이재형 과학이야기