Fusion Energy

별이 빛나는 방식으로,전기를 만듭니다.

태양은 수소 원자핵을 합쳐 빛과 열을 냅니다.
그 반응을 지상의 발전소에서 일으키는 기술이 핵융합입니다.
가장 작은 입자에서 시작해, 전기가 전력망에 닿는 곳까지 따라가 보겠습니다.

스크롤하면 장면이 바뀝니다. 마우스를 움직이면 장면이 따라 기웁니다.

01 · 가장 작은 단위

수소의 두 형제에서 시작합니다.

연료는 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소입니다.
둘 다 양전하를 띤 원자핵이라, 가까워질수록 서로 밀어냅니다.
이 밀어내는 힘의 벽(쿨롱 장벽)을 넘어야 두 핵이 합쳐집니다.

중수소 (D)

양성자 1개 + 중성자 1개. 바닷물 1 m³에 약 33 g 들어 있습니다.

삼중수소 (T)

양성자 1개 + 중성자 2개. 자연에 거의 없어, 리튬으로 만들어 씁니다.

02 · 융합의 순간

둘이 합쳐지며, 질량이 에너지가 됩니다.

D + T → ⁴He + n + 17.6 MeV

합쳐진 뒤의 질량은 합치기 전보다 조금 가볍습니다.
줄어든 질량이 E=mc²에 따라 에너지로 나옵니다.
헬륨 원자핵은 플라즈마 안에 남아 연료를 계속 데우고,
중성자는 자기장을 빠져나가 벽 너머에서 열이 됩니다.

03 · 1억 도를 가두는 법

태양보다 뜨거운 불을, 자기장으로 띄워 둡니다.

태양 중심은 약 1,500만 °C지만, 거대한 중력이 원자핵을 눌러 줍니다.
지상에는 그 중력이 없어 온도를 1억 °C 이상으로 올려야 합니다.
이 온도에서 원자는 핵과 전자가 갈라진 플라즈마가 되고, 닿는 벽은 모두 녹습니다.
그래서 도넛 모양의 자기장 그릇(토카막) 안에 플라즈마를 띄워 둡니다.

1. 1온도1억~2억 °C(10~20 keV). 핵이 장벽을 넘을 만큼 빨라야 합니다.
2. 2밀도충분히 많은 핵이 좁은 공간에서 자주 부딪쳐야 합니다.
3. 3가둠 시간열이 빠져나가기 전에 반응이 이어져야 합니다.

세 값을 곱한 삼중곱이 약 3×10²¹ m⁻³·keV·s에 이르면, 넣은 가열의 10배 수준 출력에 다다릅니다.

04 · 왜 인류의 미래인가

핵융합 연료 1 g은 석탄 수 톤과 맞먹는 에너지를 냅니다.

연료는 바닷물의 중수소와, 흔한 금속인 리튬에서 얻습니다.
태우는 것이 아니어서 이산화탄소를 내지 않습니다.
연쇄반응이 아니어서, 조건이 흐트러지면 반응이 스스로 멈춥니다.
날씨와 관계없이 하루 종일 일정한 전기를 내는 전원을 목표로 합니다.

05 · 대한민국의 지금

KSTAR는 1억 °C를 붙잡는 시간을 늘려 왔습니다.

대전의 한국핵융합에너지연구원이 운영하는 KSTAR는 자석이 모두 초전도체인 토카막입니다.
한국은 ITER 7개 회원 중 하나로, 진공용기 9개 섹터 중 4개를 만들었습니다.
이제 목표는 기록이 아니라, 우리 손으로 전기를 만드는 장치입니다.

1. 2008달성

   KSTAR 첫 플라즈마

   주반경 1.8 m, 최대 자기장 3.5 T, 초전도 TF 코일 16개

2. 2018달성

   이온 온도 1억 °C 첫 도달

3. 2020–2021달성

   1억 °C 유지 20초, 이어서 30초

4. 2024.03달성

   1억 °C 48초, 고성능 운전(H-mode) 102초

   텅스텐 디버터로 바꾼 뒤 첫 실험(2023.12~2024.02) 결과

5. 2024.11달성

   ITER 진공용기 섹터 4개 납품 완료

   2026년 7월 ITER에 들어간 6번째 모듈이 한국산 마지막 섹터입니다.

6. 2025.12계획

   국가 로드맵: 전력 생산 실증을 2050년대에서 2030년대로

   8대 핵심기술을 2030년까지 개발하고 2035년까지 실증합니다.

7. 2026계획

   한국형 혁신 핵융합로 개념설계 착수

   설계사업 착수 2026.06. 정부 핵융합 R&D 1,124억 원으로 2025년(564억 원)의 약 두 배입니다(시행계획 기준).

8. 2026 하반기계획

   KSTAR 내벽 전면 텅스텐 교체

   목표였던 ‘1억 °C 300초’의 달성 여부는 아직 공식 발표가 없습니다.

2026년 10월 26일 기준. 공식 발표로 확인되는 KSTAR 최신 기록은 2024년 3월 발표입니다.

06 · 어떤 기술로, 어떤 순서로

장치를 부품으로 나누면, 남은 과제가 보입니다.

발전소가 되려면 부품마다 넘어야 할 문턱이 있습니다.
국가 로드맵의 8대 핵심기술 가운데 여섯이 이 장치 안에 있고,
연료주기와 안전·인허가는 장치 밖에서 함께 풀어야 합니다.
이름에 마우스를 올리면 그 부품이 밝아집니다.

• 노심 플라즈마 제어핵심기술수백 초 이상 안정되게 유지하고, 붕괴를 미리 막습니다.
• 디버터핵심기술헬륨 재를 빼내며 최대 20 MW/m²의 열을 견딥니다(ITER 설계).
• 증식 블랑켓핵심기술중성자로 열을 얻고, 리튬에서 쓴 것보다 많은 삼중수소를 만듭니다.
• 초전도 자석핵심기술고온초전도체로 더 작고 강하게. SPARC는 12.2 T를 씁니다.
• 가열·전류구동핵심기술중성입자빔과 전자파로 플라즈마를 1억 °C 이상으로 데웁니다.
• 진공용기·재료핵심기술중성자 손상을 오래 견디는 저방사화강 같은 재료가 필요합니다.
• 중심 솔레노이드플라즈마에 전류를 일으키는 가운데 기둥 자석입니다.
• 저온용기초전도 자석을 영하 269 °C 가까이 유지하는 진공 보온통입니다.

07 · 완성된 모습

열을 증기로, 증기를 전기로 바꿉니다.

플라즈마에서 나온 중성자가 블랑켓에 부딪쳐 열이 됩니다.
그 열로 물을 끓여 증기를 만들고, 증기가 터빈을 돌려 발전기가 전기를 만듭니다.
여기부터는 오늘의 화력·원자력 발전소와 같은 길입니다.
ITER는 발전 설비가 없는 실험로이고, 전기를 내는 일은 다음 단계 실증로의 몫입니다.

• 핵융합로D-T 반응으로 열을 만듭니다.
• 냉각재 루프·증기 발생기블랑켓의 열을 물로 옮겨 증기를 만듭니다.
• 터빈·발전기증기의 힘을 회전으로, 회전을 전기로 바꿉니다.
• 송전·계통 연계만든 전기를 전력망으로 안정되게 보냅니다.

08 · DADA가 맡을 현장

발전소를 움직이는 것은, 결국 데이터와 제어입니다.

ITER의 제어 시스템(CODAC)은 30개가 넘는 설비에서 약 100만 개의 신호를 다룹니다.
DADA는 업무 자동화와 보안 관제 소프트웨어를 만들어 온 회사입니다.
그 경험을 발전소 운영의 데이터·자동화·보안에 쓰려 합니다.

• 운영 데이터 수집·통합데이터설비마다 흩어진 신호를 한곳에 모아 기록하고, 필요할 때 다시 찾게 합니다.
• 이상 징후 조기 알림AIKSTAR·DIII-D에서 머신러닝 제어가 이미 시험되었습니다. 알림은 빠르게, 판단은 사람이 합니다.
• 디지털 트윈·예지 정비시뮬레이션가상 장치로 열부하와 부품 수명을 미리 계산합니다. 한국핵융합에너지연구원도 2025년 가상 토카막을 공개했습니다.
• 제어망 보안보안PLC와 제어망 로그를 모아 위협 징후를 짚습니다. 조치 확정은 사람이 합니다.
• 운영 업무 자동화자동화정비 이력, 인허가 기한, 부품 조달처럼 반복되는 운영 업무를 자동으로 챙깁니다.