벤델슈타인 7-X

벤델슈타인 7-X는 핵융합 기술 연구를 위한 실험 시설이다. 핵융합은 미래의 잠재적 에너지원으로 여겨지며, 이 장치는 스텔라레이터 방식의 효용성을 증명하는 데 목적이 있다. 토카막(Tokamak) 방식이 높은 출력을 얻기에 유리하지만 운전 시간이 짧은 반면, 스텔라레이터는 이론적으로 연속 운전이 가능하다는 장점이 있다. 벤델슈타인 7-X는 이러한 스텔라레이터 방식의 발전소 적합성을 조사하기 위해 설계되었다.

벤델슈타인 7-X의 건설은 1990년대 후반에 시작되어 2015년에 완료되었다. 2015년 12월에 최초 플라즈마를 생성하였으며, 이후 단계적으로 성능을 향상시켜 왔다. 초기 실험 단계에서는 물질 리미터를 사용하여 플라즈마를 제한하였고, 이후 비냉각 다이버터를 거쳐 현재는 수냉식 다이버터를 장착하여 장시간 운전을 가능하게 하였다. 2020년대 초반에는 새로운 가열 시스템과 원자로 벽의 포괄적인 냉각 시스템을 도입하여 성능을 대폭 개선하였다.

장치의 핵심은 50개의 초전도 자기 코일 링이다. 이 코일들은 비평면형으로 설계되어 복잡하게 비틀린 형태의 자기장을 생성하며, 이 자기장이 뜨거운 융합 플라즈마를 가둔다. 장치 내부 벽면은 플라즈마와의 상호작용으로부터 보호하기 위해 수냉식 구리 배판과 흑연 타일 등으로 보강되어 있다. 최근에는 새로운 가열 시스템과 원자로 벽의 포괄적인 냉각 시스템을 도입하여 성능을 대폭 개선하였다. 이러한 설계는 토카막에서 발생하는 플라즈마 전류의 불안정성을 피하면서도 동등한 크기의 토카막과 유사한 플라즈마 평형 및 가둠 성능을 제공할 것으로 기대된다.

벤델슈타인 7-X는 스텔라레이터 기반 시스템에서 여러 세계 기록을 달성하였다.

• 에너지 및 지속 시간: 2023년 2월 15일, 1.3기가줄(GJ)의 에너지 소비로 8분 동안 플라즈마를 실행하는 데 성공하였다.
• 플라즈마 온도: 수소 플라즈마를 최대 섭씨 3,000만 도까지 가열하였다.
• 트리플 제품 기록: 핵융합 플라즈마의 온도, 밀도, 연소 시간을 결합한 지표인 '트리플 제품(Triple Product)' 가치에서 스텔라레이터 유형의 신기록을 세웠으며, 43초간의 플라즈마 방전 조건을 유지하였다.

연구진은 향후 몇 년 안에 벤델슈타인 7-X의 에너지 소비량을 18기가줄로 증가시키고, 플라즈마를 30분 동안 안정적으로 유지하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 스텔라레이터형 원자로가 실제 발전소로서 기능할 수 있는 연속 운전 능력을 갖추었음을 입증하는 중요한 단계가 될 것이다. 현재 수냉식 다이버터 설치가 진행 중이며, 이는 반시간 길이의 고출력 플라즈마 방전을 가능하게 할 것으로 기대된다.