국제 핵융합 프로젝트, 6800톤 초전도 코일 완성…지구 자기장 25만배 생성

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 핵융합 에너지 실현 가능성을 확인하는 '국제핵융합실험로'(ITER)의 핵심 부품인 토로이드 필드 코일이 완성됐다. 총 6800톤인 이 코일은 인류가 만들어낸 가장 큰 자석이 된다.

1일 과학계에 따르면 일본과 유럽에서 생산 완료된 코일이 ITER 프로젝트에 인도됐다.

ITER 프로젝트는 한국, 유럽연합(EU), 일본, 미국, 러시아, 중국, 인도가 참여하는 대형 국제 프로젝트다. 건설 단계에서만 약 17조 5000억 원(117억 7000만 유로)가 들어가는 이 프로젝트는 유럽연합이 45.46%, 나머지 참여국이 9.09% 비용을 분담한다. 각 국은 자금과 부품 실물 등 다양한 방식으로 기여한다.

핵융합은 태양에서 빛과 에너지를 생산하는 방식으로 태양은 강력한 중력, 압력을 활용해 약 1500만 ℃의 온도면 핵융합 반응이 필요하다. 지구에서는 그만큼 강한 중력을 활용할 수 없어서 더 높은 온도가 필요하다.

ITER는 핵 융합에 1억 5000만 ℃의 고온 플라스마를 활용한다. 이 플라스마를 안정화하고 제어하는 데 이번에 제작된 코일이 쓰인다.

이번에 전달된 19개의 코일은 전자기유도 현상을 활용해 강력한 자기장을 만들어 고온 플라스마를 장치 내부에 가둔다. 실제 핵융합로 운전에는 18개만 쓰이며 나머지 1개는 비상용이다.

코일은 -269℃ 이하 온도로 냉각됐을 때 나타나는 초전도 현상을 활용해 강력한 자기장을 만든다. 이 코일에서 발생하는 자기장은 지구 자기장의 25만 배 수준으로 코일 시스템 전체가 지구 최강의 자석이 된다. 각 코일은 높이 17m, 너비 9m, 무게 360톤이다.

코일은 니오븀-주석 재질의 전선을 가공해 만들어진다. 19개 코일에는 총 8만 7000㎞의 가는 전선이 들어가며 전선 생산은 한국, 미국, 일본, 중국, 유럽, 러시아의 업체가 맡았다. 이후 전선은 유럽과 일본에서 코일로 가공됐다.

가공된 코일은 ITER 작동 중에 받게 되는 강한 힘을 견디도록 200톤의 스테인리스스틸 케이스에 장착됐다. 이 케이스 에이치디현대중공업(329180), 미쓰비시 중공업, 도시바 에너지 시스템의 협업으로 만들어졌다.

현대중공업은 ITER 코일 케이스뿐 아니라 진공 용기 제작도 맡고 있다.

ITER는 2020년 본격적으로 건설을 시작했다. 2025년 첫 플라스마 생성 및 운전을 목표로 조립이 시작됐지만 코로나19 상황으로 일정 지연 등 어려움을 겪기도 했다. 2030년대 ITER는 투입대비 10배의 에너지 생산을 목표로 핵융합로 실험을 한다.

한국은 부품 납품뿐 아니라 원자로 설계, 운영 측면에서도 기여하고 있다. 한국핵융합에너지연구원이 운영 중인 한국형 핵융합 연구로(KSTAR)와 ITER는 구조와 작동 방식이 매우 유사하다. KSTAR에서 생산된 데이터, 지식, 노하우는 직·간접적으로 ITER 사업에 활용된다.

정부는 '핵융합 에너지 개발 진흥 기본계획'을 중심으로 핵융합 발전 핵심 기술 확보를 준비하고 있다.

seungjun241@news1.kr