AI로 핵융합 플라스마 제어… 미래 핵융합발전소 운영 기술 검증 시작

초전도핵융합연구장치 KSTAR로
올 연말까지 실험... "안정성 확보"

대전 유성구 한국핵융합연구원에 있는 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR)의 주요 부대 장치들. 왼쪽 아래 작은 사진은 KSTAR의 도넛 모양 구조물(토카막)에 플라스마를 발생시킨 상태. 한국핵융합에너지연구원 제공

미래 핵융합로 운전에 필수인 고성능·장시간 플라스마¹ 운전 기술을 검증하기 위한 한국형 핵융합연구장치(KSTAR) 실험이 시작됐다. 이번 실험에는 인공지능(AI) 기반 제어 기술이 도입돼 불안정한 플라스마 상태를 실시간으로 감지하고 자동 조절하는 능력이 향상됐다.

한국핵융합연구원(핵융합연)은 KSTAR를 활용해 미래 핵융합발전소에서 활용될 핵심 운전기술 확보에 본격 착수했다고 27일 밝혔다. 이번 실험은 올해 말까지 진행되며, 종료 후 약 한 달간 정비 기간을 가진 뒤 내년 2월 실험을 재개할 예정이다.

KSTAR는 한국이 자체 개발한 초전도핵융합연구장치로, 도넛 모양의 구조물 안에서 초고온 플라스마를 만들어 핵융합반응 조건을 실험할 수 있도록 설계됐다. 핵융합은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 원자핵으로 바뀌는 과정을 이용해 에너지를 생성하는 기술로, 이를 위해선 플라스마를 오랜 시간 안정적으로 유지할 수 있는 운전 기술이 필수다.

이번 실험의 핵심 목표 중 하나는 텅스텐으로 만든 내벽 환경에서도 플라스마를 안정적으로 운용할 기술을 확보하는 것이다. 텅스텐은 고온에 강해 미래 핵융합로의 내벽재로 선호되지만, 사용 중 떨어져 나오는 불순물이 플라스마 성능을 저하시킬 수 있다는 단점이 있다. 이에 따라 KSTAR는 다양한 조건에서 가열, 연료 주입 등을 조절하며 불순물 움직임을 분석하고 억제 방법을 찾는 연구를 진행할 계획이다.

AI와 머신러닝 기반 실시간 제어 기술로 플라스마 변화를 빠르게 파악하고 대응하는 능력도 검증한다. 이 기술은 기존 수동 제어보다 신속한 감지가 가능해 장시간 운전 안정성을 높이는 핵심 수단이 될 것으로 기대된다. 오영국 핵융합연 원장은 "세계적으로 핵융합에너지 상용화를 앞당기려는 노력이 활발해지는 가운데, KSTAR도 미래 핵융합로 운전에 직접 활용될 기술 확보에 속도를 내고 있다"고 말했다.

1 플라스마

초고온의 핵융합 연료에서 원자핵과 전자가 분리돼 자유롭게 움직이는 물질. 고체, 액체, 기체가 아닌 '제4의 상태'라고 불린다.

김태연 기자 tykim@hankookilbo.com