K-STAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)은 대한민국에서 개발·운용되는 초전도 토카막형 핵융합 실험 장치이다. 한국과학기술연구원(KISTI) 산하 한국핵융합연구원(KFIR)에서 관리한다.
개요
- 목적: 핵융합 에너지의 지속 가능한 생산을 위한 핵심 기술 개발, 특히 장기 고온 플라즈마 유지와 초전도 마그넷 기술 검증.
- 구조: 토카막 형태로, 원형 체인형 진공 챔버 내부에 초전도 토러스 코일이 배치되어 있다. 초전도 코일은 저온 초전도체(주로 Nb₃Sn)로 제작되어 5 T 수준의 강한 자기장을 생성한다.
- 운용 시작: 2008년 5월 첫 플라즈마가 발생했으며, 이후 지속적인 업그레이드를 통해 성능이 향상되었다.
주요 성과
| 연도 | 주요 성과 |
|---|---|
| 2008 | 최초 플라즈마 발생 (평균 전류 0.2 MA) |
| 2010 | 최초 고온 (10 keV) 플라즈마 유지, H‑mode 전이 관측 |
| 2016 | 5 초 연속 10 keV 플라즈마 운영(전류 0.5 MA) |
| 2020 | 70 초 연속 10 keV 플라즈마 운영(전류 0.5 MA) |
| 2022 | 30 초 연속 20 keV 플라즈마 운전 성공(전류 1 MA) |
기술적 특징
- 초전도 자석: 16개의 초전도 토러스 코일과 16개의 초전도 폴라 코일이 조합돼 토카막 내부에 5 T 이상의 자체 자기장을 형성한다.
- 플라즈마 제어 시스템: 실시간 피드백을 통한 전류, 전압, 밀도, 온도 조절이 가능하며, 최신 디지털 제어 로직을 적용한다.
- 쿨링 시스템: 액체헬륨과 액체질소를 이용한 복합 냉각 설비가 초전도 코일을 4 K 이하로 유지한다.
- 진공 챔버: 내부 직경 1.8 m, 길이 2.5 m 규모이며, 고진공(10⁻⁷ torr 이하)을 유지한다.
국제 협력
K-STAR는 국제핵융합연구협의회(IAEA) 및 ITER와 연계된 연구 프로젝트에 참여하고 있다. 특히 플라즈마 물리학, 재료과학, 진단기술 분야에서 다국적 연구팀과 공동 실험을 수행한다.
현재 진행 상황
2023년~2025년 사이에 플라즈마 지속시간을 100 초 이상으로 연장하고, 15 keV 이상의 온도를 지속하는 목표를 설정하고 있다. 또한, 초전도 코일의 내구성 향상과 자동화된 운영 시스템 구축을 위한 연구가 진행 중이다.
참고 문헌 및 출처
- 한국핵융합연구원 공식 홈페이지 (kfir.re.kr)
- “KSTAR: Superconducting Tokamak for Advanced Research”, Fusion Science and Technology, 2021.
- International Atomic Energy Agency (IAEA) 보고서, 2022.
