(원장 유석재, 이하 핵융합(연))은 핵융합에너지 개발을 위한 국제 공동 연구개발 프로젝트인 국제핵융합실험로(ITER)의 건설을 위한 핵심 부품 중 하나인 ‘진공용기(Vacuum Vessel)’의 두 번째 섹터가 완성되어 ITER 건설지인 프랑스로 출항했다고 25일(금) 밝혔습니다.
진공용기는 핵융합로에서 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 발생시키고 유지하기 위한 고진공 환경을 구현하는 일종의 그릇인데요. 한 개의 섹터는 높이 11.3m, 폭 6.6m, 무게는 약 4백 톤에 달하며 도넛 모양으로 9개 섹터가 모두 조립될 시 총 무게가 5천 톤에 달하는 초대형 구조물입니다. 우리나라는 총 9개의 ITER 진공용기 섹터 중 4개 섹터 제작을 담당하고 있으며 지난 2020년 첫 번째 섹터(섹터 6번)를 완성하여 조달을 완료했습니다.
이번에 조달하는 두 번째 섹터(섹터 7번)의 경우 첫 번째 섹터의 제작 경험을 바탕으로 보다 개선된 제작 공정을 적용한 결과, 총 101개월이 소요되었던 첫 번째 섹터의 제작 기간을 약 25% 단축하여 75개월 만에 제작했습니다.
진공용기 두 번째 섹터의 조달이 완료되면 ITER 건설 과정에서 가장 중요한 핵융합의 핵심 구조물인 토카막 조립도 본격 착수되는데요. ITER 토카막 조립은 진공용기 1개 섹터의 바깥쪽에 열차폐체와 TF 초전도자석 2개를 끼워넣어 1,250톤에 달하는‘섹터 소조립품(Sector sub-assembly)’을 먼저 완성한 뒤, 각각의 섹터 소조립품을 연결하여 360도 도넛모양을 완성합니다. 따라서 진공용기 두 번째 섹터 조달을 통해 2개의 섹터 소조립품 간의 조립이 실질적으로 이루어지게 됩니다.
더불어 이번 성과는 우리나라가 ITER 국제기구와 체결한 진공용기 본체 조달협약을 통해 담당하게 된 진공용기 두 개 섹터 조달을 성공적으로 완수하였다는 데 의미가 큽니다. 이로써 우리나라는 당초 EU에서 조달을 담당하였으나 2016년 위임협약을 통해 추가로 제작을 담당하게 된 진공용기 두 개 섹터 제작만을 남겨두게 되는데요. 남은 두 개의 진공용기 섹터는 2022년까지 ITER 건설현장 조달을 완료 할 계획입니다.
ITER 한국사업단 김현수 진공용기기술팀장은 “수에즈 운하 사고의 영향 등 예상하지 못했던 변수로 인한 어려움도 있었지만 무사히 진공용기 두 번째 섹터가 프랑스로 떠나게 되어 기쁘다.”며, “ITER 건설현장에 도착할 때까지 긴장을 늦추지 않겠다.”고 진공용기 섹터 출하에 대한 소감을 밝혔습니다.
ITER 한국사업단 정기정 단장은 “ITER 한국사업단과 국내 산업체는 긴밀한 협력을 바탕으로 엄격한 품질 기준에 맞는 진공용기를 적기에 조달하기 위하여 기술 역량을 집중시키고 있다.”며, “남은 두 개의 진공용기 섹터까지 무사히 완성하여 ITER 건설에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠다.”고 밝혔습니다.
울산 미포항을 떠난 진공용기 두 번째 섹터는 7월 말에 프랑스 FOS 항에 도착하며, 이후 운하와 육로로 이동하여 8월 말 프랑스 건설 현장에 최종 도착할 예정입니다.
#용어설명
1. 핵융합에너지 : 태양에너지의 원리인 핵융합 반응과정에서 나오는 에너지로 지구에서 인공적으로 핵융합 반응을 만들어 미래에너지원으로 활용할 수 있도록 개발하는 연구가 진행되고 있음.
2. 플라즈마 : 원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직이는 물질의 4번째 상태로 우주의 99.9%를 차지하고 있으며, 초고온의 플라즈마 상태에서 원자핵이 반발력을 이기고 융합하는 핵융합 반응이 일어난다. 핵융합 장치 내에서 핵융합이 일어날 수 있도록 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 연속적으로 운전하는 것은 핵융합에너지를 실현하기 위한 핵심 과제임.
3. 토카막 (Tokamak) : 태양처럼 핵융합 반응이 일어나도록 인공적인 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치. 러시아에서 처음 개발되어 현재 작동 중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로는 대부분 토카막 방식을 채택하고 있음.
4. 국제핵융합실험로 (ITER : International Thermonuclear Experimental Reactor) : 핵융합 선진 7개국(한국, 미국, EU, 러시아, 인도, 중국, 일본)이 초대형 국제협력 R&D 프로젝트를 통하여 공동으로 개발·건설 중인 국제핵융합실험로. 대용량 핵융합에너지 생산(핵융합 반응에 의한 500MW급의 열출력 발생)의 가능성을 실증하는 것을 목표로 함.
#ITER 진공용기 본체 개요
□ 기능
○ 핵융합 반응을 위한 플라즈마 발생 및 저장 환경 제공
- 방사선 1차 방호벽 및 In-vessel Components 지지
□ 구성
○ SS 316L(N)-IG 재료를 사용한 이중벽 구조의 40도 섹터 단위로 제작되어 Site에서 9개의 섹터가 최종 조립
○ 진공용기 내벽은 Blanket을 포함한 In-vessel Components가 부착됨
○ 이중벽 사이에는 중성자 차폐를 위한 Shield Block이 설치되고 토카막 운전 시, 격벽사이에 100℃의 냉각수를 순환시키며 중성자 차폐를 위해 SS 304B4와 SS 304B7 및 SS430 재질의 Shield Block 설치
○ 진공용기 본체 1개의 높이는 11.3m, 폭 6.6m, 무게 400톤이며, Site에서 최종 조립된 진공용기 전체무게는 5,125톤에 달함
※ 프랑스 원자력규제요건에 따른 인허가 취득 필요, 국내 적용경험이 부족한 프랑스 고속증식로 제작코드(RCC-MR 2007) 적용 (용접부 100% 비파괴 검사)
□ 우리나라 조달 내역
○ 진공용기 본체 총 9개 섹터 중 4개 제작(＃6,＃7,＃1,＃8, 현대중공업)
