KSTAR, 미래 핵융합로 위한 2025 플라즈마 실험 개시

AI·머신러닝 활용한 실시간 제어 시스템 도입

한국핵융합에너지연구원은 27일 미래 핵융합로 운전에 필요한 플라즈마 운전 기술 확보를 목표로 '2025년도 KSTAR 플라즈마 실험'을 본격적으로 시작했다고 밝혔다.

이번 실험은 12월까지 이어지며 약 한 달간의 정비를 거쳐 내년 2월부터는 '2026년도 플라즈마 실험'에 연속 돌입한다.

장치 운영을 중단하지 않고 두 해의 실험을 연속 수행하는 이례적인 시도로 내벽 전체를 텅스텐 타일로 교체하기 위한 준비 과정이다. 

연구원은 미래 핵융합로와 유사한 환경에서 실험을 수행함으로써 연구의 정밀성과 실효성을 크게 높일 것으로 보고 있다.

핵융합에너지를 실현하기 위해서는 태양 중심과 같은 초고온 플라즈마를 안정적이고 장시간 유지하는 기술이 핵심이다. 연구원이 운용 중인 초전도핵융합장치 'KSTAR'는 이 분야에서 세계적인 성과를 낸 대표적인 장치로 최근에는 실제 핵융합로 운영을 대비한 실험에 집중하고 있다.

KSTAR는 지난 2023년 국제핵융합실험로(ITER)와 미래 핵융합로에 사용될 텅스텐 소재의 디버터로 내벽을 교체했다. 이번 실험은 이러한 텅스텐 환경에 적응하고 고성능 플라즈마 운전을 안정적으로 구현하기 위한 연구를 중심으로 진행된다.

텅스텐은 고온 내성이 뛰어나 핵융합 장치의 내벽 재료로 주목받지만 불순물이 발생해 플라즈마 성능을 저하시킬 수 있는 단점이 있다. 

이에 KSTAR 연구진은 가열 및 연료 주입 등 다양한 운전 조건을 적용해 텅스텐 불순물의 거동을 정밀 분석하고 이를 억제하는 최적의 제어 방안을 모색할 계획이다.

또한 미래 핵융합로에서 요구되는 고압·고전류·안정성 조건을 동시에 만족시키기 위해 가열, 전류구동, 자기장 제어 등 핵심 운전 요소 간의 상호작용을 종합 검증한다.

이번 실험에서는 인공지능(AI)과 머신러닝 기술을 활용한 실시간 제어 시스템도 도입된다. 연구진은 이를 통해 플라즈마 상태 변화를 빠르게 감지하고 즉각적으로 대응하는 기술을 검증하며 고속이온 거동 등 핵심 물리 현상을 규명하기 위한 연구도 병행한다.

오영국 원장은 "전 세계적으로 핵융합에너지 상용화를 앞당기려는 경쟁이 치열한 가운데 KSTAR도 미래 핵융합로 운전에 직접 적용될 기술 확보에 박차를 가하고 있다"며 "국제 공동연구와 AI 기반 기술 적용을 통해 핵융합 실현을 위한 역량을 한층 강화하겠다"고 말했다.