BNC시스템

[한국 인공태양 KSTAR] 더 뜨거워지기 위해 더 차가워진다!

KSTAR는 2023년 고성능 플라즈마 실험을 수행하기 위해 하단 디버터를 기존 흑연에서 텅스텐으로 교체하는 대대적인 업그레이드를 단행했습니다. 텅스텐 디버터의 안정적인 운용을 위해서는 발생하는 막대한 열을 효과적으로 제어할 수 있는 고성능 냉각 시스템이 필수적입니다. 플라즈마 실험 중에는 주장치뿐만 아니라 가열, 전원, 진단 장치 등 여러 부위에서 강력한 열이 발생하기 때문입니다. KSTAR 냉각 시스템은 8시간 가동 기준 약 45,000톤에 달하는 순수를 순환시켜 장치의 안전성을 확보합니다. 이는 최적의 실험 환경을 조성하고 장치를 보호하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 이번 업그레이드의 핵심 중 하나는 베이킹과 냉각을 동시에 수행하는 BNC(Baking and Cooling) 시스템입니다. 이 시스템은 하나의 배관을 통해 냉각수와 고온 가스를 번갈아 흘려보내는 독특한 구조를 가집니다. 냉각 시스템과 BNC 시스템의 전체 배관 길이는 약 1.5km에 이르며, 효율적인 운용을 위해 고온 가스 투입 전 잔존 수분을 완벽히 제거하는 수분 제거 공정도 구축되었습니다. 특히 텅스텐 디버터 도입에 발맞추어 고압 냉각수 시스템으로의 전환이 이루어졌으며, 45bar에 달하는 고압 수압 시험과 종합 시운전을 거쳐 시스템의 신뢰성과 안전성을 철저히 검증하였습니다. 새롭게 구축된 냉각 시스템은 초당 520L의 유량을 30bar의 압력으로 공급하여, 300초 동안 24MW의 강력한 열하중을 제거할 수 있는 성능을 자랑합니다. 이를 통해 KSTAR는 1억 도의 초고온 플라즈마를 300초 동안 안정적으로 유지할 수 있는 토대를 마련하게 되었습니다. 이번 성과는 단순히 실험 장치의 업그레이드를 넘어, 극한의 환경에서 플라즈마를 제어하는 독보적인 운전 기술을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 여기서 확보된 냉각 및 운전 기술력은 향후 우리나라가 건설하게 될 핵융합 실증로 개발의 핵심적인 기술적 자양분이 될 것으로 기대됩니다.