SNUT-79 토카막 프로그램 (서울대)

  1970년대 구 소련의 T-3 토카막 장치가 거둔 성과로 핵융합연구가 토카막으로 집중되는 세계적인 추세에서, 1979년 국내에서도 서울대학교 원자핵공학과 정기형을 주축으로 하여 플라스마 핵융합분야의 인력양성 및 실험을 목표로 SNUT-79 토카막 장치 개발이 시작되었으며, 이는 우리나라에서는 처음으로 시도된 토카막 프로그램이었다.
  장치는 토러스 진공용기 기준으로 주반경 67 cm, 부반경 15 cm의 중소형급이었으며, 토로이달 자장은 2T로 설계되었다. 당시 SNUT-79 프로그램은 대학 차원의 연구로서 재정적으로 일관된 연구비가 지원되는 종합적인 연구프로젝트로 추진되지 못하였고, 결국은 처음에 목표했던 만큼의 결실을 거두지 못하였다. 1979년 설계를 시작, 1984년 어렵게 본체를 완성하였으며, 1985년 300kJ 수준의 소규모 커패시터 뱅크 전원을 사용하여 첫 플라스마를 얻었다. 이 후 재원의 한계로 설계되었던 10MJ 급의 토로이달 전자석 전원을 갖추는 데 이르지 못하였다. 그러나 이 과정에서 얻어진 경험과 배출된 인력들은 그후 우리나라 플라스마 핵융합 연구에 큰 기여를 하고 있다.

KT-1 프로그램 (한국원자력연구소)

  당시 토카막으로 촉발된 핵융합연구의 활성화에 따라, 1980년 한국원자력연구소에서도 정문규가 주축이 되어 핵융합로에 관련되는 제반 공학기술의 개발상황과 전망을 체계적으로 분석 종합하고자 “핵융합로 개념설계”에 착수하였다. 여기에 핵융합의 실험적 기술조사를 병행하기 위하여 소형 토카막의 건조를 포함시킨 것이 “KT-1”의 시작이었다. KT-1은 재정적인 여건을 최우선적으로 고려하여 EI형 철심구조를 갖는 주반경 27cm, 부반경 5cm로 설계되었다. 그럼에도 불구하고 제한된 연구인력과 예산으로 인해 동 실험설비를 완성하는 데에는 향후 10년이 걸린다. 1982년도에 장치개념 설계에 이어 1984년도에 본체완성을 하고 전원을 준비하여 1986년도에 플라스마 발생실험을 하게 되었다. 그러나 토로이달 자장 발생을 위한 전원의 용량이 부족하여 전원을 보강하는 등 계속적인 노력을 기울였다. 1987년도에는 100kW급 전원을 마련하여 자장을 4.4kG로 증강하였으며, 1989년도에는 그 당시 약 2억원을 투입하여 1MJ 용량의 전원을 마련하여 자장을 4T까지 올릴 수 있는 발판을 마련하였다.
  주요 연구성과로는 오차자장 및 비대칭 자장구조의 보정, 그리고 충진 기체압과 예비전리 등이 토카막의 방전 시작에 미치는 영향에 대한 실험적 조사와 이론적 분석 등으로 방전일주전압을 2V이하로 낮추었다든가, 평형자장과 저항가열 변류기의 귀환제어에 의한 플라스마 위치/전류 동시제어기술 개발로 재현성 있는 토카막 플라스마의 제어를 실현하는 등의 기술적 성과는 국내에서 처음이었다.

KAIST Tokamak 프로그램 (한국과학기술원)

  KAIST Tokamak 프로그램도 역시 국내 핵융합연구 및 연구인력을 양성하고자, 한국과학기술원 최덕인, 장홍영이 1991년 미국 텍사스대학(Austin)으로부터 PreText 장치를 기증받아, 구 과학기술대 구내에 건물 60여평을 임대하여 1992년경 한국과학재단의 국제협력사업의 일환으로 이전 및 설치를 시작하였다. 그후 이 장치는 1995 - 1997년까지 한국기초과학지원연구원의 KSTAR 프로젝트의 지원하에 많은 개선이 이루어졌다. 즉 전원공급기는 SCR을 사용하여 예전 PreText 보다 훨씬 안정되게 되었으며, X선분광기, 마이크로파간섭계(Microwave Interferometer), 각종 탐침을 갖추는 등 많은 노력이 이루어졌으며, 2002년 현재까지 국내 플라스마 진단기술 개발을 위한 폭넓은 장치로 활용하고 있다.

한빛 플라스마 발생장치 (기초과학지원연구원)

  한빛 플라스마 공동연구시설은, 한국기초과학지원연구원이 중심이 되어 운영하여 오던 국내 전문가 자문단에 의해 1988년 국가적 공동연구시설의 첫번째 장비로 플라스마 및 핵융합 연구장치를 선정하고, 이 분야 학계 중진으로 구성된 프로젝트팀(Task Force, 위원장: 이동녕)의 활동을 통해 첫번째 실험 장치로 미국 MIT 대학으로부터 이관받은 TARA 장치를 바탕으로 하여 개조·개선한 플라스마 연구장치로 1992년 개발, 설치 사업을 시작하여 1995년 6월 정상가동 목표를 성공적으로 달성하고, 2000년 말까지 장치의 성능개선 작업과 학계 공동 활용을 통한 운영단계를 거쳐, 2001년도부터는 본격적인 연구지원과 공동연구 형태로 운영되고 있다. 한빛 플라스마 공동연구시설의 운영 및 실험 과제의 선정 등은 학계를 중심으로 하는 이용자그룹과 공동으로 수행하고 있으며, 적극적인 이용자 육성사업을 통해 국가적 공동연구시설로 운영하고 있다. 한편, 한빛 플라스마 공동연구시설을 이용하여, 플라스마 과학분야의 기초연구뿐만 아니라 플라스마 응용 첨단기술 및 산업적 실용화 기술의 국내 개발과 초고주파 기술 등 관련분야의 기술개발을 수행하고 있고, 핵융합 기술에 관련된 기초연구 및 가열, 진단장치 개발 등 연구개발 사업도 활발하게 수행하고 있다.

국가 핵융합 연구개발사업 (기초과학지원연구원)

  국가 핵융합 연구개발사업은, KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research: “한국의 태양”) 장치로 이름지어진 차세대 초전도 토카막 장치의 개발, 제작 및 설치와 이 연구장치의 운영을 통한 핵융합 연구와 기술의 확보, 세계적인 핵융합로 개발에 동등한 자격으로의 참여를 목표로 한국기초과학지원연구원의 핵융합연구개발사업단 (단장: 이경수) 주도로 1995년 말 국가 핵융합 연구개발 기본계획이 중간진입전략 자문위원회의 논의를 거쳐 기획되고 정부에서 시행함으로써 시작되었다.
  KSTAR 사업은 당초 2002년까지 1500억원의 예산을 들여 연구장치를 완성할 예정이었으나, 1997년말 발생한 국가적 경제위기 상황(“IMF”)에 따른 투자지연, 급격한 환율 변동 및 물가변동에 따른 소요예산 증가 등의 사유로 2004년 말까지 2480억원의 예산을 들여 완성하는 것으로 2001년 8월 국가 핵융합 연구개발 기본계획이 변경되어 추진중이다. 장치 개발사업과는 별도로 KSTAR 장치의 설치와 전원, 헬륨 액화시설 등 특수설비의 건설을 위한 특수실험동 건설은 약 950억원이 투입되어 2002년 5월 건축 부문의 준공과 2004년 중 특수 설비의 완성을 예정하고 있다. 2004년 말까지 연구장치 개발이 완료되어 2005년 중 운영목표가 달성되면, 약 10년에 걸친 최종설계와 기술개발을 마치고 2015년경 장치건설을 목표로 추진중인 국제열핵융합실험로(ITER) 장치의 본격적인 운영 전까지, 세계에서 유일하게 초전도 기술을 적용한 세계최고 수준의 핵융합연구가 가능한 장치가 될 것이고, 국제공동연구의 중심적 역할을 담당할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
  KSTAR 사업은 국내 연구개발 역량을 집결시킨 범국가적 사업으로 추진하고 있고, 기초과학지원연구원, 원자력연구소, 삼성종합기술원, 포항공대 등을 주관연구기관으로 국내의 많은 출연 연구기관, 학계, 산업계들이 참여하는 국가적 사업으로 수행하고 있으며, 미국 에너지부의 연구개발예산 투입과, 유럽연합 및 일본이 정부 차원에서 참여를 추진하고 있어 우리나라가 주도하는 국제공동연구 형태의 사업이 될 전망이다. 선도기술개발사업으로 수행중인 KSTAR 사업은 1998년 8월 제1단계 사업을 성공리에 수행하였고, 2002년 6월 제2단계 사업 종료 후부터는 과학기술부의 기초과학연구사업의 일환으로 장치의 제작과 설치 및 운영을 목표로 하는 제3단계 사업이 시작된다. KSTAR 사업은 2002년까지의 연구개발 수행경험을 통해 장치의 상세설계를 완료하고, 설계된 장치를 제작, 시험하는 내용의 필수 기반 기술 및 제작기술 개발 완료를 목표로 사업이 진행중이다.