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[해외기술특집 TIP] 국제핵융합실험로(ITER)에 대하여
2009-04-07

국제핵융합실험로(ITER)에 대하여


핵융합발전 원리

DT 핵융합로에서는 해수로부터 얻은 중수로(D)와 삼중수소(T : 트리튬)를 노심 플라즈마에 자력선의 압력으로 폐입한다. 이를 고온 고밀도로 하여 핵융합 반응을 일으키고 열과 헬륨으로 중성자를 만든다. 중성자는 자력선에 구속되지 않고 방출되어 블랭킷 리튬과 반응하여 연료 T가 생산된다. 여기서 냉각수가 증기가 되어 터빈을 돌려 발전된다.(〈그림 1〉참조)

국제열핵융합로 ITER의 목표

핵융합 실용화를 위해 에너지 입출력 비(Q 값)를 향상시키려면 노심 플라즈마의 온도, 밀도, 폐입 시간을 향상시켜야만 한다. 이 곱(핵융합 곱)을 1970년대 부터 10년마다 약 100배 향상시켜 왔지만, ITER에서는〈그림 2〉와 같이 스스로 발생하는 열로 핵융합을 유지할 수 있는 자기 점화 조건을 목표로 한다.
DT연료를 이용하여 장시간 연소하여 노공학 기술을 확립할 예정이다.


ITER 노심은 토카막 플라즈마

도넛형 노심 플라즈마는 대원주 방향의 토로이덜자계와 소원주 방향의 폴로이덜 자계를 조합한 나선자력선에 의해 폐립된다. 이런 플라즈마를 구성하는 원자핵과 전자가 자력선을 휘감고 운동하기 때문에 열이 폐립되어 가열할수록 고온 고밀도가 되므로 핵융합반응이 일어난다. 플라즈마는 체적 약 800㎥로 크지만, 대기압에 비해서 극저밀도로 약 1g 정도다.
이를 둘러싼 두께 약 0.5m의 블랭킷(4톤×400개)이 핵융합 출력을 열로 바꾸고 밖으로 방출하여 연료의 토카막을 생산한다.(〈그림3〉참조)


국제 협력에 의해 만들어진 ITER

ITER에서 개발된 노심 기술은 강자계를 발생하는 대형 초전도 코일, 연료의 트리튬을 생산하는 리튬 블랭킷, 헬륨 배기(排氣)를 결정하는 다이버터 카세트를 비롯해 부(負) 이온 중성 입자 빔 등 일본의 신기술이 활용되고 있다. 각 컴포넌트는 각국이 분담 제작 후 납입한다.(〈그림 4〉참조)


ITER 스케줄

ITER 사업체 설립 후 설비를 발주하고 처음 10년 동안은 전 시스템을 건설하여 가동한다. 완성 후 1년간은 조정 운전, 10년간은 자기 점화 연소의 실현 및 트리튬 증식에 적합한 운전 모드를 탐색한다. 또한 10년간은 향후 연소로에 필요한 물리, 블랭킷 기술을 확충한다. 마지막으로 블랭킷을 서서히 물들이고 구조물을 제거하는 것으로 폐로를 완료한다.

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