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

핵융합연의 KSTAR 운영사업단은 자이로트론 운전용 대용량 고전압 전원장치 및 통합 제어 시스템을 성공적으로 개발·설치해, 최대 0.5MW급에 준하는 170GHz 마이크로파 빔을 KSTAR 장치에 입사하는 실험을 성공했다.

이번 성과는 ITER사업에 참여하는 한·미·일 등 다국 간 국제협력 프로그램을 통해 이루어진 대표적인 과학기술 분야의 국제협력 성공 사례로서 향후 핵융합 분야의 국제적 협력 연구에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.

실험에 사용된 ECH/CD 가열 시스템의 가장 핵심 부품인 170GHz, 1MW급 자이로트론 발진기는 ITER 장치의 가열을 위해 일본에서 개발된 최신 장치이다. KSTAR에는 한·일 핵융합 협력 약정을 기반으로 지난 7월 일본원자력연구개발기구(JAEA:Japan Atomic Energy Agency)로부터 무상 임대 받아 설치됐으며 초고주파의 위치 제어가 가능한 마이크로파 빔 입사 장치는 미국 프린스턴플라즈마물리연구소(PPPL:Princeton Plasma Physics Lab)와 국내 KSTAR 공동연구거점센터 중 하나인 포스텍( POSTECH)의 '플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터'(센터장 박현거 교수)가 공동으로 개발해 지난 4월 KSTAR에 설치됐다.

'170GHz ECH/CD 시스템은 미래 핵융합로에서의 플라즈마 전자가열과 플라즈마 전류분포 불안정(instability)성을 억제하고 제어하는 데 필수적인 시스템으로 인정받고 있다. 또한 자이로트론 발진기 및 주요 핵심 부품 개발을 위한 ITER 회원국 간 국제협력도 활발히 진행되고 있다.

이번 170GHz ECH/CD 장치의 KSTAR 최초 적용은 세계 핵융합 전문가들로부터 앞으로 ITER 장치의 가열장치 개발, 설치 및 시운전 뿐 아니라 ITER 초기 시동 시나리오 개발에 크게 기여할 것으로 주목받고 있다.

권면 핵융합연 KSTAR 운영사업단장은 "이번 성과는 ITER에 적용될 가열 시스템의 기본실험이 국제핵융합공동연구장치로 주목받고 있는 KSTAR에서 먼저 수행됐다는 물리적 의미뿐 아니라, 인적·물적으로 대규모의 투자가 요구되는 거대장치 개발에 각국의 기술적 우월 분야를 통합해 시스템을 최적화 한 국제협력의 대표적 성공사례로서 큰 의미를 가진다"고 밝혔다.

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 9월말 가동을 마칠 예정이다.
 

▲미국 프린스턴 플라즈마 연구소와 포스텍 플라즈마 진단 및 정상상태 연구센터가 공동으로 개발한 170GHz, 1MW 급 마이크로파 빔 입사 위치 제어 장치(Launcher, 왼쪽)로 빨간색 원의 내부는 빔 입사 위치 제어 장치의 핵심 부품인 조사 거울(steering mirror, 오른쪽)이다. ⓒ2011 HelloDD.com