인공태양이란 수소 핵융합을 통해 막대한 에너지를 내는 프로젝트다. 인공태양을 만들기 위해선 강력한 자기장을 형성하기 위해 초전도 자석이 필요한데 이번에 두 개의 핵심 초전도 자석을 개발한 것이다.
핵융합로에 사용되는 두 개의 초전도 자석 중 하나는 토로이드형(자기장 코일을 D자형으로 감아 만든 방식) 자석이다. 길이 21m, 폭 12m, 높이 3.3m이며 총무게는 582t 규모인데 자석에 사용된 모든 특수 스테인리스강, 절연 재료, 초전도 재료가 100% 국산화됐다.
국제핵융합실험로(ITER)에 사용되는 동일한 자석과 비교했을 때 중국 모델은 부피가 1.3배 크고 에너지 저장 용량은 3배 더 커서 세계 최대 규모의 핵융합로용 초전도 자석이다.
우위 ASIPP 연구원은 중국 관영 중국중앙TV(CCTV) 인터뷰에서 “토로이드형 자석이 플라즈마를 진공 챔버 안에 가둬 벽면에 부딪히지 않도록 하는 역할을 한다”면서 “이 자석의 자기장 세기가 미래 핵융합로 가동에 필요한 플라즈마의 온도·밀도와 상관관계가 있다”고 설명했다.
중국 전자기학 연구 전문가인 송중핑 박사는 GT에 “토로이드형 초전도 자석은 두꺼운 스테인리스강으로 만들어진 밀폐된 케이지와 같으며 고온 플라즈마 화구를 절연하는 격리 장치 역할을 한다”며 “이 자석이 없으면 플라즈마가 안정적으로 모여 있지 못하고 흩어져 핵융합 반응이 불가능해진다”고 전했다.
연구소는 앞으로 토로이드형 자기장 자석 16개를 조립해 완전한 토로이드형 자기장을 형성하고 중심부에서 6.5T(테슬라·자기력 선속 밀도)의 자기장 세기를 형성할 것으로 예상했다.
또 다른 핵심 초전도 부품인 고온 초전도 중심 솔레노이드 코일도 모든 조건의 파라미터 테스트를 통과했다. 해당 코일은 플라즈마를 점화시켜 고온의 화구를 형성하며 플라즈마의 위치를 제어하는 역할을 한다. 이 코일이 없으면 플라즈마 화구가 되지 않거나 화구의 위치를 제어할 수 없게 된다.
이번 인공태양 핵심 제품을 국산화하는 성과로 인해 장시간 고출력 정상상태 핵융합 반응과 지속적인 에너지 생산이 가능해졌다.
송윈타오 ASIPP 소장은 “두 핵심 초전도 부품의 잇따른 기술적 돌파로 중국의 핵융합로 건설을 위한 초전도 공학 기반이 더욱 공고해졌고 핵융합 시설 관련 연구개발(R&D)과 엔지니어링 제조 역량이 크게 향상됐다”고 평가했다.
송 박사는 “고온 핵융합이라는 첨단 응용 시나리오를 활용해 저온과 고온 초전도체 모두에 대한 완전한 산업 사슬을 구축하고 전체 산업 사슬의 업그레이드를 촉진한 게 의미”라고 분석했다.
