핵융합에너지는 땅 위에서 태양처럼 막대한 에너지를 내는 핵융합 반응을 일으켜 만드는 에너지를 말한다.

화석연료가 필요 없고 원자력에너지와 달리 핵폐기물을 만들지 않아 미래의 친환경 에너지로 주목받고 있다.

하지만 상용화를 위해서는 핵융합장치 내 '플라즈마'(고체·액체·기체를 넘어선 제4의 상태)를 오랜 시간 안정적으로 발생시켜야 한다.

구체적으로 플라즈마의 모양, 성능, 유지 시간 그리고 플라즈마 경계면 불안정성(ELM) 문제를 해결해야 하는 과제가 있다.

국가핵융합연구소는 한국형 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)가 플라즈마 경계면 불안정성(ELM) 현상을 장시간 제어하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

ELM은 핵융합로 안에서 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 초고온의 플라즈마와 그 바깥쪽 간 압력과 온도 차로 인해 발생하는 불안정 현상을 말한다.

핵융합로 내부를 손상시킬 뿐 아니라 플라즈마를 안정적으로 지속시키는 데 방해가 돼 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결해야 할 난제로 꼽힌다.

한국을 비롯한 미국, 유럽연합(EU) 등 7개국은 땅 위의 인공태양으로 불리는 'ITER'(국제핵융합실험로) 장치를 공동으로 건설 중인데, 기존 핵융합장치들은 ELM 제어와 장시간 유지 조건을 다른 두 가지 조건과 동시에 만족시키지 못했다.

연구소는 올해 플라즈마 실험에서 ITER가 요구하는 플라즈마 모양과 성능 조건 하에서 34초 동안 ELM을 제어하는 데 성공했다.

기존 핵융합 장치의 ELM 해결 시간은 3∼4초 정도로, KSTAR의 성능은 10배가량 높은 것으로 나타났다.

KSTAR는 ITER와 동일한 초전도자석을 사용하는 유일한 핵융합 장치로, 처음으로 운전 조건을 모두 충족해 앞으로 ITER의 운전목표 달성을 가능케 할 것으로 기대된다.

오영국 KSTAR 연구센터 부센터장은 "KSTAR는 지난해 고성능 플라즈마 운전 시간에서 세계 기록을 경신한 데 이어 세계 최초로 ELM을 제어하는 데 성공했다"며 "KSTAR를 통해 핵융합 발전소 운영에 한걸음 더 다가갈 수 있을 것"이라고 말했다. KSTAR는 1995년부터 2007년까지 국내 기술에 의해 완공됐으며, 2008년 처음으로 플라즈마 발생에 성공한 뒤 가동에 들어갔다.

올해 실험에서 고성능 플라즈마 발생 72초 연속 운전 기록을 달성했으며, 핵융합 반응에 필요한 플라즈마 이온 온도를 7천만도까지 올리는 데 성공했다.

현재 새로운 가열장치인 '중성입자빔 가열장치'(NBI-Ⅱ)를 개발 중이며, 2019년에는 플라즈마 온도를 1억 도까지 올리는 것을 목표로 한다.