핵융합 / 가속기 기술 KSTAR공동실험 및 연구
KSTAR공동실험 및 연구

목적

KSTAR 공학설계의 기본이 되는 장치의 연구목표, 기본 구조와 변수, 운전 영역과 시나리오, 주요 모델링 결과 등 그 주요 설정근거를 제시하고자 한다.

KSTAR 장치 연구목표

대체 에너지원인 핵융합로를 위한 과학기술 기반을 마련하기 위해 안정화된 초전도 토카막 장치를 개발한다.

  • 플라즈마 형상과 수송의 능동제어를 통한 토카막 운전 영역의 확장과 안전성 확보
  • 비유도 전류구동을 사용하는 토카막 핵융합로가 정상상태 운전에 도달하기 위한 방법연구
  • 차세대 토카막 핵융합로로 한 걸음 나아가기 위한 최적화된 플라즈마 상태와 연속 운전을 실현

KSTAR 주장치 기본 구조 및 역할

KSTAR 주장치는 안쪽부분으로 부터 시작하여 크게

  • 플라즈마 대항장치 (Plasma Facing Component.PFC)
  • 진공용기내 제어코일 (in-Vessel Control coil)
  • 진공용기 (Vacuum Vessel)
  • 열차폐체 (Thermal Shield)
  • 토로이달 방형코일 (Foroidal Field Coil)
  • 플로이달 방향코일 (Poroidal Feld Coil)
  • 저온용기(Cryostat)

플라즈마 대향장치(Plasma Facing Component, PFC)

PFC는 크게 Inner limiter, Divertor, Passive plate로 이루어지는데 이들의 공통된 역할은 플라즈마에 인접한 첫번째 구조물로서 바깥의 진공용기, In-vessel 코일, Cryo-pump 등을 고온의 플라즈마로부터 보호한다.
Divertor는 플라즈마 중심부로부터 방출되어 나오는 고온의 플라즈마 입자와 에너지를 모아서 처리하는 중심 역할을 한다.
DPassive plate는 플라즈마의 MHD 불안정성 모드들에 안정화 효과를 주어 보다 원활한 플라즈마 제어나 고성능 플라즈마 상태를 얻는 것을 가능케 한다.

진공용기내 제어코일(In-Vessel Control Coil)

플라즈마의 수직 및 수평 방향위치 제어, Field error correction, Resistive wall mode에 대한 피드백제어 및 기타 플라즈마 rotation 제어나 Edge-localized mode의 제어 등 플라즈마에 대한 능동적 제어를 수행한다.

진공용기(Vacuum Vessel)

고성능, 고순도의 핵융합 플라즈마 상태를 얻기 위해 필요한 외부와 차단된 고진공 상태의 공간을 제공한다. 또한 진공용기 내부에 설치된 구조물을 지지하는 역할도 한다.

열차폐체(Thermal Shield)

KSTAR와 같이 초전도 자석을 이용한 토카막 장치에서 상온의 진공용기나 외부 영역으로부터 극저온인 초전도 자석 영역으로의 열전달을 차단하기 위해 설치된다.

토로이달 방향 코일(Foroidal Field Coil)

토카막 장치에서 초고온의 핵융합 플라즈마를 밀폐시키기 위해 필요한 강력한 토로이달 방향으로의 자기장을 발생시키는 코일이다.

폴로이달 방향 코일(Poroidal Field Coil)

토카막 장치에서 초고온의 핵융합 플라즈마를 안정되게 밀폐시키기 위해서는 토로이달 자기장 뿐만 아니라 폴로이달 방향의 자기장도 필요하다. 폴로이달 방향 코일(Poloidal Field coil)은 이러한 폴로이달 자기장을 발생시키고 또한 다양한 형태의 플라즈마 모양을 생성시키는 역할을 한다.

저온용기(Cryostat)

극저온의 초전도 자석 영역을 바깥쪽의 외부영역으로부터 차단하여 고진공 상태로 유지케 함으로써 열전달을 차단시키는 역할을 한다.