초록 ▼

${\ulcorner}$국가 핵융합 연구개발 기본계획${\lrcorner}$ 에 따라 선도기술 개발사업(G7)의 일환으로 1995년 말 착수한 ${\ulcorner}$차세대 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)${\lrcorner}$ 개발사업은 1998년 8월, 장치의 개념설계, 기본설계 및 기반기술 R&D 목표를 성공적으로 달성하였다. 1998년 9월부터 시작된 제 2단계 사업에서는 토카막 장치의 제작을 위한 공학설계와 이에 병행하여 주장치의 핵심 부품,

${\ulcorner}$국가 핵융합 연구개발 기본계획${\lrcorner}$ 에 따라 선도기술 개발사업(G7)의 일환으로 1995년 말 착수한 ${\ulcorner}$차세대 초전도 핵융합 연구장치(KSTAR)${\lrcorner}$ 개발사업은 1998년 8월, 장치의 개념설계, 기본설계 및 기반기술 R&D 목표를 성공적으로 달성하였다. 1998년 9월부터 시작된 제 2단계 사업에서는 토카막 장치의 제작을 위한 공학설계와 이에 병행하여 주장치의 핵심 부품, 즉 진공용기(Vacuum Vessel)와 저온용기(Cryostat)의 제작에 착수한 바 있다. 본 사업의 마지막 단계인 3단계 사업은 2002년 6월부터 2007년 8월까지 약 6여년에 걸쳐 수행되었으며 이 기간 동안 KSTAR 장치의 주장치 부분을 모두 제작 설치를 완료함으로써 그 결과 KSTAR 장치 건설을 완료하였다. 당 과제의 주요 개발 제작품은 크게 저온용기 내부에 설치되는 핵심 주장치 부분과 저온용기 외부에 설치되는 시스템으로 분류될 수 있으며, 저온용기 내부 시스템은 다시 진공용기, 저온용기, 초전도자석구조물, PFC, Gravity Support, 진공 저온용기 열차폐체 등으로 분류된다. 저온용기 외부에 설치되는 시스템은 진공배기계, 연료주입계, 방전세정계 등으로 구성되나 방전세정계의 전극은 진공용기 내부에 설치되어져 있다.
본 사업의 2단계에서 제작에 착수한 진공 저온용기는 3단계에 이르러 본격적인 제작에 돌입하여 2004년 중반에 이르러 성공적으로 제작을 완료하였다. 또한 2단계에서 수행된 공학설계 결과를 바탕으로 2004년부터 본격 제작에 착수한 초전도자석구조물 또한 3단계 5차년도인 2006년 초반에 전량 제작을 완수하였다. 열차폐체의 경우 은도금 방식의 진공용기 열차폐체는 2005년 초에 전량 제작과 설치를 완료하였으며 MLI(Multi Layer Insulation) 방식의 저온용기 열차폐체는 2006년 12월 경에 제작 및 설치가 종료되었다. 3단계 기간에는 기타 저온용기 내부 주장치 부품들은 Gravity Support, Port, 초전도자석 lead support 등이 성공적으로 설치되었으며 2단계에 공학설계를 완료한 PFC 시스템 중 최초 플라즈마 발생에 반드시 필요한 인보드(Inboard) 측의 리미터(Limiter)의 일부가 설치되어졌다.
한편 연료주입계와 방전세정계는 2006년 말에 공학설계를 모두 종료하고 2007년 7월까지 주요부품 구매 및 설치는 물론 시스템의 최종 시운전까지 모두 종료하였으며 진공배기계 또한 시스템 시험 운전 성공과 이에 따른 장치 전체의 진공시운전을 성공적으로 완수한 바 있다. 당 과제가 담당하였던 가장 중요한 분야 중의 하나인 주장치 조립은 3단계부터 본격적으로 공학설계가 시작되었다. 2003년부터 약 1년에 걸쳐 마무리된 주장치 조립 공학설계의 절차와 요구조건을 근거로 하여 2004년 1월부터 저온용기 베이스(Base) 조립을 시작으로, 진공용기의 상부 수직포트(Top Vertical Port) 조립에 이르기까지 약 40개월에 걸쳐 진행되었으며 결과적으로 매우 성공적으로 일정과 품질을 달성하였다. 2007년 5월부터 시작된 진공용기와 저온용기의 진공시운전은 비록 종합시운전 기간에 진행되어져야 하나 장치건설 종료에 앞서 그 품질을 최종적으로 입증하는 방법으로서 진행되었으며 2007년 6월 말까지 약 60여일 동안의 진공시운전을 통하여 장치건설이 성공적으로 완료되었음을 증명하였다.

Abstract ▼

Final goal of this project is leading all the other projects to finsih the machine construction through successful completion of fabrication and assembly of all the major system including vacuum vessel, cryostat, SC magnet structures, thermal shield, tokamak supporting structures, and so on. Therefo

Final goal of this project is leading all the other projects to finsih the machine construction through successful completion of fabrication and assembly of all the major system including vacuum vessel, cryostat, SC magnet structures, thermal shield, tokamak supporting structures, and so on. Therefore, any failures, errors, and the other faults in the project can not be allowed. Moreover, this project also covers the fabrication and installation of the pumping system, gas fueling system, glow discharge cleaning system, and partially installation of the plasma facing component(PFC) for the 1st plasma. That is, this project covers all the system contains in the cryostat except special components that is operated in cryogenic temperature.
Objectives and work scope of this project are described as followings.
Objectives
${\circ}$ Complete fabrication of the vacuum vessel with vacuum capacity of $10^{8}$ mbar
${\circ}$ Complete fabrication of the cryostat with vacuum capacity of $10^{-5}$ mbar
${\circ}$ Complete fabrication magnet structures
${\circ}$ Complete fabrication, installation, and system commissioning of the vacuum pumping system
${\circ}$ Complete fabrication, installation, and system test of the gravity support
${\circ}$ Complete fabrication and installation of the PFC for the 1st plasma
${\circ}$ Complete fabrication and installation of the thermal shield
${\circ}$ Complete KSTAR assembly and vacuum commissioning
${\circ}$ Complete in the system integration for machine construction finish between main system, auxiliary system, and utilities

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...1
  • 
    제 2 장 국내외 기술개발 현황...6
  • 제 1 절 국내 기술개발 현황....6
    • 
      제 2 절 국외 기술개발 현황....9
    제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...12
  • 제 1 절 Plasma Facing Component 제작 및 설치....12
    • 1. 개요....12
      • 
        2. 제작 및 설치....15
      • 
        3. 검사....21
      • 
        4. 조립결과....26
      제 2 절 진공용기 제작....29
    • 1. 개요....29
      • 
        2. 제작....29
      • 
        3. 결과....58
      제 3 절 TF 초전도자석 구조물 제작....59
    • 1. 개요....59
      • 
        2. 제작 사양....67
      • 
        3. TF 초전도자석구조물 제작....74
      제 4 절 PF/CS 초전도자석 구조물 제작....159
    • 1. 개요....159
      • 
        2. PF 구조물 제작....163
      • 
        3. CS 구조물 제작....190
      • 
        4. CS 코일 및 구조물 조립....217
      제 5 절 저온용기 제작....246
    • 1. 개요....246
      • 
        2. 제작 사양(Specification)....246
      • 
        3. 장비 및 공구....251
      • 
        4. 제작순서 및 방법....252
      제 6 절 열차폐체 공학설계....289
    • 1. 개요....289
      • 
        2. 진공용기 열차폐체 해석....295
      • 
        3. 포트 열차폐체 해석....326
      • 
        4. 저온용기 열차폐체 해석....361
      제 7 절 열차폐체 제작 및 설치....386
    • 1. 진공용기 열차폐체 제작....386
      • 
        2. 진공용기 열차폐체 설치....414
      • 
        3. 저온용기 열차폐체 제작....436
      • 
        4. 저온용기 열차폐체 설치....473
      • 
        5. 결과....499
      제 8 절 Gravity Support 제작 및 설치....500
    • 1. 기능 및 제작 사양....500
      • 
        2. 제작순서 및 방법....503
      제 9 절 연료주입계 제작 및 설치....520
    • 1. 최초 플라즈마를 위한 연료주입계 설계....520
      • 
        2. KSTAR 기본운전을 위한 연료주입 시뮬레이션....550
      • 
        3. 연료주입계 제작....561
      • 
        4. 연료주입계 설치....570
      제 10 절 진공배기계 제작, 설치 및 성능시험....574
    • 1. 개요....574
      • 
        2. 진공.저온 용기 배기계 제작....575
      • 
        3. 배기관 조립 및 진공배기....602
      • 
        4. 진공.저온용기 배기관 조립 및 2차 Vacuum Duct Line 설치....619
      • 
        5. 주장치 및 진공배기계 간 연결용 대형 벨로우즈 제작....627
      • 
        6. 진공배기 제어시스템 구축....631
      • 
        7. KSTAR Vacuum System 운영 및 진공시운전 결과....638
      제 11 절 방전세정계 제작 및 설치....655
    • 1. 방전세정계 공학설계....655
      • 
        2. 시스템 제작 및 검사....664
      • 
        3. 설치....678
      • 
        4. 방전실험....682
      제 12 절 주장치 조립....684
    • 1. 저온용기 base 현장 설치....684
      • 
        2. Gravity Support 현장 설치....694
      • 
        3. 진공용기 Sector I & II 현장용접 및 설치....707
      • 
        4. TF Magnet 조립....722
      • 
        5. 진공용기 Sector 현장용접....780
      • 
        6. Bottom Vertical Port 조립....796
      • 
        7. PF 자석 조립....806
      • 
        8. CS 자석 조립....838
      • 
        9. 저온용기 Cylinder 설치....845
      • 
        10. Baking & Cooling Port 조립....855
      • 
        11. Slanted Port 조립....865
      • 
        12. Median Port 조립....872
      • 
        13. 저온용기 Lid 설치....886
      • 
        14. Top Vertical Port 조립....895
      • 
        15. 결론....901
    제 4 장 연구 개발목표 달성도 및 대외기여도...902
  • 제 1 절 연구개발 목표 달성도....902
    • 
      제 2 절 기술 발전의 기여도....910
    제 5 장 연구개발결과의 활용계획...912
  • 제 1 절 추가 연구의 필요성....912
    • 
      제 2 절 타 연구에의 응용....913
    • 1. 초전도자석 지지구조물 설계 및 제작기술....913
      • 
        2. 대형 구조물 용접기술....914
      • 
        3. 대형 구조물 설계.가공 및 용접기술....916
      • 
        4. 대용량 초고진공 기술....916
      • 
        5. 거대장치 조립 및 정밀 측량.정렬기술....917
      • 
        6. 초고온 단열재 설계.제작 기술....917
      제 3 절 기업화 추진 방안....917
    제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...919
  • 제 1 절 개요....919
    • 
      제 2 절 주요 장치 별 현황 및 기술특징....919
    제 7 장 참고문헌...923
  • 
    부록 1. 학술지 게재 및 학회 발표 논문 목록...1