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KSTAR 토카막 장치 진공 기술 현황
Status of vacuum technique in KSTAR 원문보기

진공 이야기 = Vacuum magazine, v.4 no.1, 2017년, pp.16 - 23  

김광표 (국가핵융합연구소 KSTAR 연구센터 제어기술연구부 KSTAR운전연구팀) ,  김현석 (국가핵융합연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, KSTAR, Korea's superconducting fusion energy research and development device, has succeeded in driving the high performance plasma for 70 seconds for the first time in the world. Continuous plasma operation technology is an essential factor for commercialization of fusion energy power gene...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 인위적인 기체 주입이 없을 때 기체 방출에 기여하는 주요 기체원 중 용기의 압력에 영향을 미치는 것은 주로 표면의 흡착 분자들 이지만 고체 내부로부터 방출되는 기체도 재료에 따라서 는 무시할 수 없다. 가열 탈기체 처리는 용기 재료 표면에 흡착되어 있거나 재료에 흡수되어 내부에 저장되어 있는 기체분자를 열적으로 활성화시킴으로써 서로간의 결합을 끊고 공간으로 방출되는 확률을 높여 이들 분자를 원활히 배기하는데 목적이 있다. 일반적으로 금속 표면에 부딪힌 거의 모든 분자는 표면에 흡착해 일정 시간 표면에 머무른다.
  • 특히 저온 용기 내부는 단열을 위한 다층막 단열재 (표면적 35,000 m2), 저온 용기 외부에 연결된 포트 107 개, 용접 밸로우즈 72 개, 내부를 관통하는 헬륨 냉각 라인 1,960 m, 용접 개소 5,000여개소, 저온 용기 내부 온도 및 응력을 감시하기 위한 신호선 (800 개소, 1,600 m) 등으로 매우 취약한 진공 조건을 지니고 있다. 저온 용기 내부의 분자는 극저온 상태로 냉각되는 초전도 자석을 비롯한 모든 극저온 냉각 대상물들을 외부의 상온 전도열로부터 보호하는 진공 단열을 유지하는 것이 목적이다. 진공 단열(Vacuum insulation)은 극저온 액체를 저장하는 내부 용기와 상온에 노출된 외부 용기를 일정한 공간을 사이에 두고 이중 용기로 제작하고, 그 사이 공간에 위치한 기체를 제거하여 인위적인 진공을 생성함으로써 대류열전달의 형태로 전달되는 외부로부터의 열 유입을 차단하는 기술이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
핵융합 에너지의 장점은 무엇입니까? 핵융합 에너지는 이처럼 태양이 에너지를 만들어내는 ‘핵융합’ 반응을 인공적으로 지구상에 구현하여 에너지를 만드는 방식이다. 이 과정에서 핵융합 에너지는 이산화탄소 등 온실가스를 발생시키지 않는다. 뿐만 아니라 핵융합 에너지 발생에 쓰이는 원료인 중수소는 바닷물에서 무한정 추출할 수 있어 자원 고갈의 위험이 없다. 또한 원자력 발전의 0.04%에 불과한 중저준위 방사성 물질만을 발생할 뿐이어서 상대적으로 원자력 에너지에 비해 안전하다 [1].
태양에서 빛과 열에너지를 만들어내는 원리는 무엇입니까? 핵융합이란 간단히 말해 태양에서 빛과 열에너지를 만들어내는 원리라고 할 수 있다. 태양에서는 중심부의 고온과 고압 환경으로 인해 태양을 구성하고 있는 수소 원자핵들이 서로 ‘융합’하는 현상이 일어나며, 이 때 발생하는 질량 결손이 에너지의 형태로 방출된다. 핵융합 에너지는 이처럼 태양이 에너지를 만들어내는 ‘핵융합’ 반응을 인공적으로 지구상에 구현하여 에너지를 만드는 방식이다.
화석 연료의 단점은 무엇입니까? 전세계 인구수의 급격한 증가로 에너지 수요 또한 급격하게 증가하고 있다. 하지만 현재 널리 사용되는 화석 연료는 자원이 한정돼 있을 뿐만 아니라 지구 온난화의 주범인 온실 가스를 배출하는 치명적인 약점을 갖고 있다. 지난 2016년 11월 4일 온실가스 감축을 위한 파리기후변화협약이 발효되면서 지구촌은 신기후체제에 본격적으로 돌입했다.
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참고문헌 (9)

  1. 국가핵융합연구소, "인류가 원하는 미래에너지 핵융합의 세계", 동아 사이언스 (2015.03) 

  2. S.W. Yoon, et al., "Overview of KSTAR Experimental Results in 2017 Campaign", 2017 KSTAR Conference, Jan. 18th, Muju, Korea 

  3. G. S. Lee, et all. "Design and construction of the KSTAR tokamak", Nucl. Fusion, vol. 1. no. 10, p. 1515, Oct. 2001. 

  4. ITER Physics Expert Group, "Chapter 8: Plasma operation and control", Nucl. Fusion 39 (1999) 2577 

  5. R. Yoshino, M. Seki, "Low electric field (0.08 Vm-1) plasma-current start-up in JT-60U", Plasma Phys. Control. Fusion 39 (1997) 205 

  6. K. P. Kim, et al, "Overview of the KSTAR vacuum pumping system", Fusion Engineering and Design 84 (2009) 1038-1042. 

  7. K. P. Kim, et al, "Improvement of initial vacuum condition along 2008- 2010 KSTAR campaign by vessel baking", Fusion Engineering and Design 86(2011) 671-674. 

  8. S. H. Hong, et al, Initial phase wall conditioning in KSTAR, Nuclear Fusion 51 (2011) 103027(15pp). 

  9. S.-H. Hong, et al, "First boronization in KSTAR: Experiences on carborane", Fusion Engineering and Design 85(2010)946-949. 

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