영국, 고온초전도 자석 기술로 핵융합 발전 상용화 청신호

영국의 토카막 에너지가 고온초전도(HTS) 기술을 활용한 초강력 자석 시스템의 혁신으로 상업용 핵융합 발전 실현 가능성을 높이며 청정 에너지 개발의 새로운 이정표를 세웠다.

토카막 에너지는 최근 옥스퍼드 본사에서 실시한 테스트에서 Demo4 자석 시스템이 핵융합 발전소의 작동 필드를 성공적으로 복제했다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링이 23일(현지시각) 보도했했다.

보도에 따르면 이는 완전한 HTS 자석 구성 내에서 핵융합 관련 자기장이 생성된 세계 최초의 사례다.

테스트 결과, Demo4 시스템은 극저온인 -243도의 온도에서 11.8 테슬라라는 강력한 자기장 강도를 달성했다. 이 시스템은 또한 중앙 컬럼을 통해 700만 암페어 턴(Ampere-Turn-공학 및 자기학 분야에서 사용되는 단위)의 전류를 안정적으로 관리하는 데 성공했다.
인터레스팅 엔지니어링에 따르면 워릭 매튜스 토카막 에너지 최고경영자(CEO)는 이번 성과를 핵융합 부문의 큰 승리로 규정했다. 매튜스 CEO는 "Demo4는 토카막 에너지가 10년 넘게 HTS 분야에서 이뤄온 혁신의 정수"라며 "이 기술은 전력망에 깨끗하고 무한하며 안전하고 안정적인 핵융합 에너지를 공급하는 기술 솔루션 중 하나를 입증했다"고 평가했다.


핵융합 에너지를 생성하기 위해서는 태양 핵융합보다 수 배나 뜨거운 초고온 플라즈마를 가두고 제어하기 위해 매우 강력한 자기장이 필수적이다. 이전에도 단일 고자기장 HTS 자석은 시연되었지만, 핵융합 발전소 구동의 핵심 엔지니어링 과제는 '완전한 자석 시스템의 검증'이었다.

작동 중인 핵융합 발전소에서는 초전도 테이프가 인접한 코일이 만들어내는 복잡한 자기 환경 내에서 구조적 성능과 임계 전류를 유지하며 작동해야 한다. Demo4는 14개의 토로이드 자기장 자석과 2개의 폴로이달 자기장 자석을 포함하는 코일 세트에서 이러한 융합 관련 힘을 성공적으로 생성하고 연구할 수 있는 플랫폼을 제공했다.

그레이엄 던바 수석 엔지니어는 이 플랫폼이 미래 발전소 설계에 도움이 되는 고유한 엔지니어링 데이터를 제공한다며, "단순히 숫자를 달성하는 것을 넘어, 미래 핵융합 시스템을 위한 기술을 확장할 전문성을 구축하는 것"이라고 의미를 부여했다.

이번 시험은 HTS 기술이 핵융합 에너지 이외의 분야에서도 막대한 상업적 잠재력을 가지고 있음을 재확인했다. HTS 소재는 구리보다 약 200배 높은 전류 밀도를 전달할 수 있어 에너지 효율성이 극대화된다.

이러한 특성 덕분에 HTS 자석은 ▲데이터 센터의 전력 분배, ▲탄소 배출 없는 비행을 위한 전기 모터, ▲자기 부상 운송 시스템 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 회사는 HTS 자석이 기존 저온 초전도체보다 더 작고 가벼우며 냉각 비용도 훨씬 적게 든다는 점을 강조했다.

한편, 토카막 에너지는 플라즈마의 거동에 대한 새로운 시각적 통찰력을 제공하는 고속 컬러 영상을 최초로 공개하기도 했다. 이는 플라즈마 가장자리를 냉각하여 하드웨어 마모를 줄이는 미래형 운전 모드인 X-포인트 라디에이터(XPR) 방식의 기술 검증에 중요한 단계였다고 밝혔다.

추가적인 고자기장 달성을 위한 테스트는 계속 진행 중이며, 다음 연구 결과는 2026년 초에 발표될 예정이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com


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