KSTAR

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KSTAR 韓國型核融合硏究로

KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)는 1995年 에 開發에 着手하여 2007年 開發이 完了된 大韓民國 이 獨自開發에 成功한 韓國型核融合硏究로이다. [1] 大田廣域市 儒城區 에 位置한 韓國核融合에너지硏究院 에 位置하고 있다. 지름 10m, 높이 6m의 4,000億 원짜리 도넛型으로 생긴 토카막 (Tokamak)型 核融合 實驗爐이다. [2] [3] [4] KSTAR의 콘크리트 壁의 두께는 1.5m로서, 아파트 3000家口를 지을 수 있는 시멘트가 使用되었다.

歷史 [ 編輯 ]

世界 最初로 300秒 以上 高周波를 낼 수 있는 메가헤르츠 (MHz) 帶域의 電磁氣波 加熱裝置를 使用한다. 전자렌지와 같은 槪念이다. 메가헤르츠(MHz) 帶域의 電磁氣波를 쏴서 플라스마 이온을 共鳴시켜, 플라스마 의 溫度를 攝氏 1億 度까지 올린다. 한국원자력연구소 곽종구 博士팀은 2007年 7月 12日 이 加熱裝置의 開發 成功을 發表했다. [5] [6] 2009年 11月 18日, 實驗運轉을 통해 플라즈마 電流 320kA, flattop 1.4秒, 維持時間 3.6秒를 達成하였다. [7]

韓國 , 美國 , 유럽 , 러시아 , 日本 , 中國 , 印度 가 2015年 까지 60億 유로 를 投資해 開發키로 한 國際核融合實驗( ITER ) 裝置가 KSTAR와 基本槪念 設計가 같다. ITER은 熱出力 規模가 500MW로 核分裂食人 韓國 標準原電 의 6分의 1 規模다. KSTAR의 크기는 ITER 의 25分의 1 程度다. [8] 大韓民國 政府 樹立 以來 單一硏究開發 豫算으로는 最大 規模인 3千億 원이 投入됐다. [9]

2019年 2月 13日, 韓國核融合에너지硏究院 은 世界 最初로 이온 溫度 1億도(9kev) 以上을 維持한 超高溫 高性能 플라즈마를 實現했다고 밝혔다. 維持時間은 1.5秒다. 2019年에 追加로 導入하는 中性粒子빔加熱裝置 2號機 를 活用해, 1億도 以上 超高溫 플라즈마를 世界 最初로 10秒 以上 安定的으로 維持하려고 한다.

2021年 11月 22日, 韓國核融合에너지硏究院 銀 이온 溫度 1億도 超高溫 플라즈마를 30秒間 維持하는 데 成功하며 超高溫 플라즈마 長時間 運轉 記錄을 更新했다. [10]

2024年 3月 20日, 韓國核融合에너지硏究院은 KSTAR의 內壁 部品을 交替한 以後 처음 進行된 플라즈마 實驗에서 1億도 超高溫 플라즈마를 48秒까지 延長 運轉하고, 高性能 플라즈마 運轉모드(H-모드)를 102秒 運轉했다고 밝혔다.

原理 [ 編輯 ]

<nowiki /> 이 部分의 本文은 核融合 입니다.

核融合 反應 을 利用하는 核融合 發展은 太陽이 불타는 原理와 같다. 太陽은 水素, 헬륨의 核融合 反應 으로 엄청난 熱과 빛의 에너지를 持續的으로 뿜어내고 있다. 太陽 에서는 水素 原子 4個가 합쳐져 1個의 헬륨 을 만드는데, 每秒 7億t의 水素가 헬륨으로 변환되고 있다. 이 過程에서 太陽은 質量 缺損에 依해 秒當 4兆W의 100朝拜에 達하는 에너지를 放出하고 있다. [11]

核分裂과 核融合 反應은 모두 아인슈타인 의 E=mc² 特殊相對性理論 公式에 따른 것으로, 原子가 分裂되거나(핵분열) 합쳐질 때(核融合) 原子 의 質量이 損失되어 사라지면서, 그에 相應하는 에너지가 發生한다는 原理를 따른다.

例를 들면, 韓國의 4곳의 核分裂 原子力 發電所 는 年間 750 톤의 濃縮 우라늄 과 天然 우라늄 을 使用해 電氣를 生産한다. 이 750 톤의 우라늄 原料가 에너지로 바뀌는 過程에서 損失되는 質量을 E=mc²公式에 넣어 計算하면 年間 5kg에 不過하다. 5kg의 우라늄이 사라지면서 1年間 쓰는 電氣 에너지로 變換된다. [12]

核融合 發展의 燃料로는 重水素 와 三重水素 가 利用된다. 重水素와 三重水素를 特殊電氣裝置를 利用해 攝氏 1億度까지 올리면 電子가 分離되고, 이온化된 多量의 原子核과 電子가 高密度로 몰려 있는 플라스마 (plasma)狀態가 된다. 플라스마 狀態의 重水素와 三重水素가 서로 衝突하면 中性子 와 헬륨 이 生成된다. 이때 生成된 中性子와 헬륨의 質量의 合은 衝突 典醫 重水素, 三重水素의 質量의 合보다 작은데, 이 質量의 差異가 에너지로 變換된다. [13]

KSTAR 核融合爐의 構造는 簡單히 比喩해서 說明하면, 家庭에서 쓰는 전자렌지 와 같다. 전자렌지 안에 重水素라는 料理를 넣고, 300秒 以上 마이크로파 를 쏘여서 加熱한다. 그러면 전자렌지 安易 3億 度의 溫度까지 올라가고, 그 溫度에 이르면 重水素라는 料理가 스스로 무게가 줄어들면서 그 損失된 무게에 相應하는 厖大한 빛과 熱 에너지를 放出하기 始作한다. 그 熱 에너지를 밖으로 뽑아내어 물을 끓여서 그 水蒸氣로 發電機 터빈을 돌려 電氣를 生産해 낸다. 전자렌지가 重水素를 데우는 데 消耗되는 電氣에너지는 1W인 反面에, 3億度의 溫度가 된 重水素가 스스로 내뿜는 에너지로 生産하는 電氣에너지는 1億W, 1組W가 된다. 2005年 7月 13日 한국원자력연구소 오병훈 博士는 "核融合 發展이 商用化되려면 投入된 에너지보다 生産된 에너지가 20倍 以上 많아야 하는데 現在는 같은 水準"이라고 말했다. [14]

3億 度의 溫度가 되어도 전자렌지가 녹거나 爆發하지 않게 하는 技術, 그리고 重水素가 너무 갑자기 에너지를 放出하지 않고 그 發生되는 에너지를 統制할 수 있는 技術 等 여러 가지 最尖端 技術이 必要하다.

長點 [ 編輯 ]

核融合 發展의 燃料인 重水素는 바닷물 1L에서 0.03g을 얻을 수 있으며, 三重水素는 리튬을 통해 얻을 수 있다. 核分裂의 境遇 稀貴資源人 우라늄 이 必要하여 韓國은 우라늄을 輸入해야만 核分裂 原子爐를 稼動할 수 있는데, 核融合 發展의 燃料는 쉽게 求할 수 있어 에너지 輸入依存度가 97%가 넘는 韓國 에게는 매우 重要한 事業이다. 또한 우라늄 等을 使用하는 核分裂과 달리 核融合은 原電의 0.04%에 不過한 少量의 放射能만 發生하여 放射能 問題가 거의 없다고 볼 수 있다. [15] 에너지 效率도 높아 理論上, 三重水素와 重水素 1g은 時間當 10萬 KW의 前歷 또는 石油 8t과 같은 에너지를 生産할 수 있다. 人爲的인 核融合은 自發的 連鎖反應이 아니므로 核融合 條件을 除去하면 卽時 核融合 反應 및 發展을 遮斷시킬 수 있어 爆發 等의 危險性도 낮다. [16]

위의 說明은 1世代 核融合의 境遇이고, 이 境遇 核融合時 發生하는 中性子와 그릇의 衝突에 依해 放射能 物質이 生成된다. 2世代 核融合은 重水素 2個로 核融合을 하는 境遇로서, 아직까지 具現해 낸 나라는 없다. 이 境遇 中性子가 1世代에 비해 적게 生成된다. 마지막 3世代 核融合은 中性子와 헬륨3의 核融合으로서 亦是 具現한 곳은 없다. 그러나 이 境遇에는 中性子가 거의 生成되지 않아 安定的이고, 더욱 生産的이다.

基本 構造 [ 編輯 ]

토카막 兄 核融合 裝置인 KSTAR에는 다음과 같은 裝備들이 들어간다. [17]

  • 플라즈마 對向裝置(Plasma Facing Component, PFC)
  • 眞空容器內 制御코일(In-Vessel Control Coil)
  • 眞空容器(Vacuum Vessel)
  • 熱遮蔽體(Thermal Shield)
  • 吐露이달 方向 코일(Toroidal Field Coil)
  • 폴로이달 方向 코일(Poloidal Field Coil)
  • 低溫勇氣(Cryostat)

核心技術 [ 編輯 ]

核融合爐 開發에 必要한 核心技術은 크게 3個 分野이다:

  • 1億도 以上의 超高溫 플라스마를 生産하는 技術
  • 1億도 以上의 超高溫 플라스마를 가둬둘 수 있는 裝置인 人工太陽(토카막) 製作 技術
  • 核融合을 일으킬 수 있는 燃料의 開發 技術

沿革 [ 編輯 ]

  • 1995年: 韓國이 KSTAR 프로젝트를 始作함 [18]
  • 2007年: 韓國이 KSTAR 主張値 完工 [19]
  • 2008年: KSTAR 最初 플라즈마 發生 公式 宣言 [20]
  • 2009年: 電流 32萬 암페어의 高溫 플라즈마를 3.6秒 維持 [21]
  • 2011年: 5千萬 度의 高溫 플라즈마를 5.2秒間 維持 成功 [22]
  • 2012年: 5千萬 度의 高溫 플라즈마를 17秒間 維持 成功 [23]
  • 2013年: 5千萬 度의 高溫 플라즈마를 20秒間 維持 成功
  • 2014年: 5千萬 度의 高溫 플라즈마를 48秒間 維持 成功
  • 2016年: 5千萬 度의 高溫 플라즈마를 70秒間 維持 成功 [24]
  • 2017年: 7千萬 度의 高溫 플라즈마를 72秒間 維持 成功 [25] [26]
  • 2019年: 1億 度의 高溫 플라즈마 1.5秒間 維持 成功 [27]
  • 2020年: 1億 度의 高溫 플라즈마 20秒間 維持 成功 [28]
  • 2021年: 1億 度의 高溫 플라즈마 30秒間 維持 成功 [29]

國家別 核融合爐 [ 編輯 ]

2006年에 世界 3代 核融合爐라고 불리던 美國, 유럽聯合, 日本의 토카막의 壽命은 다했다. 이들은 구리磁石을 採用해 플라스마 持續時間이 5∼10秒에 不過했다. 反面에 2007年 8月에 竣工된 KSTAR는 次世代 核融合爐로서, 日本 美國의 旣存 舊型 核融合爐 보다 30倍 以上 性能이 뛰어나다. 世界 3代 核融合實驗施設은 大部分 一般 電磁石으로 製作된 反面, KSTAR는 超傳導體를 利用하여 效率을 向上시켰다. 2022年까지 3億도 以上의 플라스마를 300秒 以上 持續시키는 것을 目標로 하고 있다. 이 境遇 電磁石 作動時 電氣 抵抗이 없어 훨씬 强力한 磁氣場 속에 重水素를 보다 오랜 時間 가둬놓고 加熱시켜 核融合을 일으킬 수 있다.

參與 團體 [ 編輯 ]

書籍 [ 編輯 ]

  • 核融合 宇宙의 에너지 [30]

같이 보기 [ 編輯 ]

各州 [ 編輯 ]

  1. ↑ “人工太陽 'KSTAR'에 注目해야 하는 理由” . 電力文化史. 2018年 3月. KSTAR는 1995年부터 2007年까지 12年에 걸쳐 國內 技術로 開發된 超傳導核融合裝置다. 2008年 最初 플라즈마 達成에 成功했다. 國際核融合實驗爐(ITER)와 同一한 超傳導 材料로 製作됐다.  
  2. ↑ “人工太陽 'KSTAR'에 注目해야 하는 理由” . 2018年 3月. '韓國型 超傳導核融合硏究裝置(KSTAR)'도 토카막型 核融合裝置다.  
  3. ↑ 人工太陽 製作 現場에 가다 世界日報 2007-06-25
  4. ↑ ‘人工太陽’ 地球의 마지막 에너지源 國民日報 2000-11-17
  5. ↑ 곽종구 博士팀, 核融合爐 高周波 加熱裝置 國産化 成功 東亞日報 2007-07-13
  6. ↑ 原子力硏, '中性粒子빔 加熱裝置' 世界 最長時間 運轉 成功 Archived 2004年 10月 15日 - 웨이백 머신 뉴시스 2007-07-25
  7. ↑ 2009年 12月 10日子 敎育科學技術部 報道資料
  8. ↑ 韓國 核融合 技術로 '人工 太陽' 밝힌다 Archived 2004年 10月 15日 - 웨이백 머신 시사저널 2007-02-14
  9. ↑ 人工太陽을 만드는 까닭은… Archived 2007年 9月 27日 - 웨이백 머신 sciencetimes 2006.12.08
  10. ↑ “韓國의 人工太陽 KSTAR, 1億도 30秒 運轉 成功” . KBS . 2021年 11月 22日.  
  11. ↑ 太陽처럼 核融合으로 無限에너지 生産/ 地區에 '人工 太陽' 만든다 韓國等 6國, 發展施設 프로젝트 參與 서울新聞2005-07-14
  12. ↑ 科學立國 그린 프로젝트-Let's Science 次世代 에너지 ‘核融合’ 國民日報 2004-09-15
  13. ↑ 뉴스 인사이드 / ‘꿈의 에너지’ 開發, 地球村을 具하라! 文化日報 2006-11-25
  14. ↑ 太陽처럼 核融合으로 無限에너지 生産/ 地區에 '人工 太陽' 만든다 韓國等 6國, 發展施設 프로젝트 參與 서울新聞 2005-07-14
  15. ↑ “人工太陽 ‘KSTAR’에 注目해야 하는 理由” . 電力文化史. 2018年 3月. ...原電의 0.04%에 不過한 少量의 放射能에 依해 中·低準位放射性廢棄物이 一部 發生하지만 最大 100年 以內에 모두 再活用이 可能하다는 게 專門家들 見解다. 또 原子爐 內部에 燃料를 미리 채운 狀態에서 核分裂 連鎖反應을 利用하는 原電과 달리 核融合爐는 燃料인 重水素나 三重水素를 外部에서 供給받는 시스템이기 때문에 燃料供給이 中斷되면 1~2秒 안에 自動으로 멈춰 設備 爆發이나 放射能 漏出과 같은 危險이 없다.  
  16. ↑ “KISTEP 技術動向브리프, <核融合 에너지>” . 韓國科學技術企劃評價院 . 2020年.  
  17. ↑ “KSTAR 토카막 裝置 眞空 技術 現況” . 韓國眞空學會 . 2017年 3月.  
  18. ↑ 核融合硏究開發 推進計劃 確定
  19. ↑ `人工 太陽` KSTAR(超傳導 核融合 硏究裝置) 來달 마무리
  20. ↑ 韓國型 人工太陽 'KSTAR' 첫 불꽃 밝혔다
  21. ↑ KSTAR, 稼動 初期부터 期待 以上 ‘成果’
  22. ↑ 核融合硏, 核融合 境界面 不安定 制御 成功
  23. ↑ 核融合硏 "KSTAR, 17秒間 高性能 安全運轉 成功"
  24. ↑ 韓國型 超傳導核融合裝置, 플라즈마 運轉 70秒 達成
  25. ↑ 땅 위의 '人工太陽' 難題 풀었다..핵융합에너지 商用化 성큼
  26. ↑ “人工太陽 'KSTAR'에 注目해야 하는 理由” . 電力文化史. 2018年 3月. 國家核融合硏究所에 따르면 KSTAR는 지난해(2017年) 7,000萬°C 超高溫 狀態에서 72秒 동안 高性能 플라즈마를 安定的으로 維持하는 데 成功했다.  
  27. ↑ < '人工太陽에 한걸음 더'…KSTAR, 世界 첫 이온溫度 1億°C達成
  28. ↑ 김만기, < 1億°C 20秒 維持… 韓國 人工太陽 ‘KSTAR’ 또 世界 新記錄 , 파이낸셜뉴스
  29. ↑ “韓國의 人工太陽 KSTAR, 1億도 30秒 運轉 成功” . KBS . 2021年 11月 22日.  
  30. ↑ GARRY MCCRACKEN, PETER STOTT (2007年 9月 5日). 《核融合 宇宙의 에너지》. 飜譯 유창모, 윤진희, 차동우. 북스힐. 264쪽. ISBN   9788955263558 .  

外部 링크 [ 編輯 ]

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