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핵융합 연구개발 현황 - 고온 플라스마와 대향벽 재료 -

전문가 제언: ○ 최근에 석유가격은 배럴당 60달러를 초과하고 있고, 세계는 또 한번의 석유파동을 걱정하고 있다. 그러나 에너지 공급에 대한 근본적인 문제는 석유가격이 아니라 점차 한계를 드러내고 있는 석유자원의 유한성에 있으며, 인류는 석유를 대체할 수 있는 무한한 에너지자원을 갈망하고 있다.

○ 핵융합은 무한한 에너지자원에 대한 인류의 소망을 이루어줄 수 있을 뿐만 아니라 환경문제가 거의 없는 청정에너지기술이기도 하다. 또한, 21세기 후반에는 실현될 것으로 기대되고 있어 실용화가 멀지 않은 기술이다. 핵융합반응을 지속시키기 위한 플라스마조건(온도, 밀도, 밀폐시간) 중에서 1억℃의 온도조건은 이미 달성하였으며, 현재는 밀도와 밀폐시간을 증가시켜 핵융합로를 개발하는 단계로 나아가고 있다.

○ 고온 플라스마 밀폐장치를 포함한 핵융합로 개발에는 플라스마와 접촉하는 용기 내벽(대향벽)의 재료 개발도 핵심과제가 되고 있다. 플라스마실험장치는 방전시간이 짧기 때문에 이들 실험결과로 실제 핵융합로의 장시간 방전조건에서 플라스마와 대향벽 표면의 상호작용을 예측하고 적절한 대향벽 재료를 개발하는 것은 쉽지 않은 문제이며, 핵융합을 개발하고 있는 국가들이 역점을 두고 연구하는 분야이다.

○ 플라스마 대향벽은 온도 및 내열 특성, 플라스마 흡수 특성, 혼입된 플라스마와 재료의 상호작용 등을 고려하여 재료를 결정한다. 지금까지의 플라스마실험장치는 대개 비교적 값싼 흑연재를 사용하고 있지만, 앞으로의 핵융합로를 위해서는 이온충격에 따른 벽면 손모율이 적고 수명이 훨씬 긴 재료(즉, 원자번호가 보다 큰 재료)를 개발해야 한다.

○ 대향벽 재료로는 내열 특성이 좋으면서 원자번호가 큰 텅스텐이 주목받고 있지만, 텅스텐에도 취성이나 가공성 및 중량 등에 따른 문제점들이 남아 있다. 이 자료는 일본에서의 핵융합 연구 현황을 소개하고 있으며, 일본이 수행하고 있는 대향벽 재료 및 기기개발에 대한 연구내용과 앞으로의 개발 목표를 밝히고 있어 우리나라의 관련 분야에서도 참고자료로 활용할 수 있을 것이다.

저자: Nobuaki Noda
자료유형: 학술정보