벤델슈타인 7-X

벤델슈타인 7-X는 핵융합 기술 연구를 위한 실험 시설로, 스텔라레이터 방식의 효용성을 증명하는 데 목적이 있다. 스텔라레이터는 1951년 라이먼 스피처가 고안한 장치로, 항성(Stellar)의 핵융합 반응을 모방한다는 의미에서 이름이 유래하였다. 토카막 방식이 플라즈마 자체에 흐르는 전류를 이용해 자기장을 형성하는 것과 달리, 스텔라레이터는 순전히 외부의 비틀린 초전도 코일만으로 자기장을 형성한다. 이러한 구조는 토카막에서 발생하는 플라즈마 전류의 불안정성을 피할 수 있어 이론적으로 24시간 이상의 연속 운전이 가능하다는 장점이 있다.

건설은 1990년대 후반에 시작되어 2015년 10월에 완료되었다. 장치는 5개의 모듈로 구성되어 있으며, 핵심 부품은 50개의 비평면 초전도 코일과 20개의 평면 초전도 코일이다. 이 코일들은 니오븀-티타늄 합금으로 제작되었으며, 액체 헬륨을 이용해 4K(영하 약 269도)까지 냉각되어 초전도 상태를 유지한다. 장치 내부에는 플라즈마 가열과 관측을 위한 254개의 액세스 포트가 설치되어 있다.

장치 내부 벽면은 고온의 플라즈마로부터 본체를 보호하기 위해 수냉식 구리 배판과 흑연 타일로 보강되어 있다. 특히 다이버터(Diverter) 시스템은 플라즈마의 불순물을 제거하고 열 부하를 관리하는 핵심 요소이다. 초기에는 비냉각 방식을 사용했으나, 현재는 장시간 운전을 위해 수냉식 다이버터가 장착되어 있다. 이러한 설계를 통해 동등한 크기의 토카막과 유사한 수준의 플라즈마 가둠 성능을 제공하도록 최적화되었다.

벤델슈타인 7-X는 스텔라레이터 기반 시스템에서 여러 세계 기록을 경신하며 성능을 입증하고 있다.

연구진은 벤델슈타인 7-X의 성능을 단계적으로 향상시켜 실제 발전소로서의 가능성을 확립할 계획이다.

• 연속 운전 실증: 에너지 소비량을 18기가줄로 늘리고, 플라즈마를 30분 동안 안정적으로 유지하는 것을 목표로 한다.
• 베타 값 달성: 플라즈마 압력과 자기장 압력의 비율인 베타($\beta$) 값을 4~5% 수준까지 끌어올려 경제성을 검증한다.
• 냉각 시스템 최적화: 수냉식 다이버터를 활용하여 고출력 운전 시 발생하는 열 부하를 정밀하게 제어하는 기술을 완성한다.