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국제열핵융합실험로

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목차

1. 개요

국제열핵융합실험로(ITER)는 핵융합 에너지의 과학적, 기술적 실현 가능성을 입증하기 위해 건설 중인 대규모 국제 연구 프로젝트이다. 1985년 제네바 정상 회담에서 평화적 목적의 핵융합 연구 개발 공동 추진에 합의한 것을 계기로 시작되었으며, 현재 대한민국, 유럽 연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도 7개국이 참여하고 있다. 프랑스 카다라쉬에 건설 중이며, 2030년대 초 플라즈마 발생, 2039년 중수소-삼중수소 운전을 목표로 하고 있다. ITER는 핵융합 에너지의 실용화를 위한 핵심 기술 개발과 함께, 핵융합 에너지의 상업적 가능성을 탐구하는 데 기여할 것으로 기대된다.

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국제열핵융합실험로
개요
ITER 축소 모형
ITER의 축소 모형
명칭ITER (원래는 "International Thermonuclear Experimental Reactor"였으나 현재는 라틴어로 "여정", "길", "방법"을 의미)
위치생폴레뒤랑스, 프랑스
착공2013년–2034년
주요 목표핵융합 에너지의 과학적, 기술적 실현 가능성 입증
핵융합 플라스마 연구
JT-60SA와 협력하여 핵융합 연구 목표 달성
조직 정보
본부 위치생폴레뒤랑스, 프랑스
창립일2007년 10월 24일
사무총장피에트로 바라바스키
웹사이트ITER 공식 웹사이트
회원국
회원중국
유럽 연합
EURATOM을 통한 회원:
스위스
영국
인도
일본
대한민국
러시아
미국
파트너오스트레일리아
캐나다
카자흐스탄
태국
기술 사양
유형토카막
자기장(코일의 최대 토로이달 자기장)
(축상의 토로이달 자기장)
(코일의 최대 폴로이달 자기장)
가열 장치(전기 입력), (열 흡수)
전력 생산(전기 생산), (핵융합으로 인한 열)
유지 시간최대
기타 정보
건설 기간2013년–2034년
운영 시작 예상 시점미정
목표핵융합 연구 가속화
핵융합 에너지 상용화 가능성 입증
관련 프로젝트데모 (핵융합로)
건설 비용 증가 및 지연10년 지연 및 50억 유로 비용 증가

2. 역사

1985년 미국 로널드 레이건 대통령과 소련 미하일 고르바초프 대통령이 정상회담에서 핵융합 연구개발 추진에 관한 공동성명을 채택하면서 1988년에 국제열핵융합실험로(ITER) 프로젝트가 공식 출범했다.[64][65] 초기 참여국은 미국, 러시아, 유럽연합, 일본이었으며, 2003년 대한민국과 중국이, 2005년 인도가 합류하여 현재 7개국이 참여하고 있다.

1985년 제네바 정상 회담에서 로널드 레이건과 미하일 고르바초프


ITER의 기반이 된 최초의 국제 협력은 1978년[55][56] 소련, 유럽 원자력 공동체, 미국, 일본 4개국이 참여한 국제 토카막 원자로(INTOR) 프로젝트였다. 그러나 INTOR 프로젝트는 1985년 3월 미하일 고르바초프가 소련 공산당 서기장이 되기 전까지는 지지부진했다. 고르바초프는 1985년 10월 프랑스 대통령 프랑수아 미테랑과의 회담에서 핵융합 프로젝트 협력에 대한 관심을 다시 불러일으켰고, 이후 1985년 11월 제네바 정상 회담에서 로널드 레이건과 이 아이디어를 더욱 발전시켰다.[57][58][59]

2006년 11월 21일, 7개국이 핵융합로 건설 자금 지원에 공식 합의했다.[42] 이 프로그램은 건설 10년, 운영 20년으로 총 30년 동안 지속될 것으로 예상되었다. ITER는 원래 약 50억유로의 비용이 소요될 것으로 예상되었으나,[43] 지연, 원자재 가격 상승, 초기 설계 변경으로 인해 공식 예산은 180억유로에서 200억유로 사이로 증가했다.[44][45]

ITER 토카막 건설은 2013년에 시작되었다. 2015년 6월 기준으로 건설비는 140억달러가 소요되었다. 2025년에 ITER 완공 및 발전을 시작할 계획이었으며, 완전한 핵융합 발전은 2035년에 시작할 계획이었다.

2. 1. 대한민국 참여 과정

대한민국은 2003년에 ITER 프로젝트에 참여하여, 2040년대 상용 핵융합 발전소 건설을 위한 원천 기술 확보를 목표로 하고 있다. 한국은 ITER 사업의 기본 방향에 대해 다음과 같이 설정하고 있다.

대한민국 ITER 사업 기본 방향


3. 참여국

국제열핵융합실험로(ITER) 협정에는 대한민국, 유럽 연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도 7개국이 서명했다. 각 참여국은 ITER 프로젝트를 성공적으로 수행하기 위해 자체적인 국내 기관을 설립하여 운영하고 있다.[88]

3. 1. 대한민국

한국은 2040년대에 상용 핵융합 발전소 건설을 위한 원천 기술 확보를 목표로 국제열핵융합실험로(ITER) 사업에 참여하고 있다. 이를 통해 대용량의 친환경 에너지원을 확보하여 국가 에너지 자립 및 안보에 기여하고자 한다.[89]

한국은 ITER 사업에서 다음과 같은 기본 방향을 설정하고 있다.

역할내용
조달 품목 제작 및 조달한국에 할당된 10개 조달 품목 (초전도 도체, 진공용기 본체 및 포트, 조립장비류, 전원공급장치, 블랑켓 차폐블록, 열차폐체, 진단장치, 삼중수소 저장 및 공급 장치, IVC 버스바)을 적기에 제작하고 조달한다.
전문 인력 양성ITER 기구 운영 참여 및 인력 파견을 통해 전문 인력을 양성한다.
핵심 기술 연구 및 개발핵융합 상용화 및 운전 기술 확보를 위한 핵심 기술을 연구하고 개발한다.
종합 사업 관리조달 품목의 효율적, 적기 조달을 위한 종합 사업 관리를 실시한다.



ITER Korea는 국가핵융합연구소 산하에 2007년 설립되었으며, 대전광역시에 위치해 있다. ITER Korea는 진공 용기, 블랑켓 차폐 블록, 열 차폐재, 삼중수소 저장 및 공급 시스템의 4개 분야에 대한 조달을 담당하고 있다.

3. 2. 유럽 연합 (EU)

Euratom영어은 유럽 연합(EU)을 대표하여 ITER 협정에 서명했다. 융합에너지기구(Fusion for Energy영어, F4E)는 2007년에 설립된 EU의 국내 기관으로, 스페인 바르셀로나에 본부가 있다. F4E는 진공 용기, 디버터 및 자석과 같은 구성 요소의 설계 및 제조에 기여할 책임이 있다.[88]

3. 3. 미국

US ITER는 미국 에너지부의 산하 기관으로, 테네시주 오크리지 국립 연구소에서 관리하고 있다. US ITER는 토카막 냉각 시스템, 진단 시스템, 전자 및 이온 사이클로트론 가열 전송 라인, 토로이드 및 중앙 솔레노이드 자석 시스템, 펠릿 주입 시스템에 기여한다.

3. 4. 러시아

러시아 연방의 국제열핵융합실험로 프로젝트 기여는 로사톰의 후원하에 이루어지고 있다. 여기에는 토로이달 자기장 코일 권선용 초전도체 공급과 폴로이달 자기장 코일 권선용 초전도체 공급이 포함된다.

3. 5. 중국

중국은 국제열핵융합실험로(ITER) 프로젝트에 중국 국제 핵융합 에너지 프로그램(CNDA)을 통해 참여하고 있다. 중국은 보정 코일, 자석 지지대, 제1벽 및 차폐 블랑켓과 같은 부품을 연구하고 있다.

3. 6. 인도

ITER-인디아는 인도 플라스마 연구소가 운영하는 특별 프로젝트이다. ITER-인디아의 연구 시설은 구자라트 주 아메다바드에 위치해 있으며, 극저온 냉각 장치, 내부 용기 차폐, 냉각 및 냉각수 시스템을 포함한다.[88]

3. 7. 일본

일본 양자과학기술연구개발기구(QST)는 현재 ITER 프로젝트를 위한 일본 국내 기관으로 지정되었다.[88] QST는 블랭킷 원격 취급 시스템, 중앙 솔레노이드 코일, 플라스마 진단 시스템, 중성 빔 주입 가열 시스템 등의 설계 및 제작을 지원한다.[88]

4. ITER의 목표

ITER영어의 주된 목적은 핵융합 에너지의 과학적·기술적 실현 가능성을 입증하는 것이다.[96] 구체적인 목표는 다음과 같다.


  • 최대 50~70만 kW의 열출력을 내는 실용 규모의 에너지를 발생시키는 최초의 핵융합 장치가 되는 것이다. ITER영어는 운전 유지에 필요한 입력 에너지와 핵융합으로 생성되는 출력 에너지의 비(에너지 증배율)를 기존 장치의 1 정도에서 5~10으로 향상시키는 것을 목표로 한다.
  • 에너지 증배율 10 이상에서 300~500초의 장시간 운전을 달성하고, 에너지 증배율 5에서는 정상 운전(연속 운전)이 가능하도록 하는 것이다.
  • 플라즈마 가둠용 초전도 코일, 플라즈마 가열용 가속기, 보수용 원격 로봇 등 고도의 기술을 집약한 핵융합 장치를 통합적으로 운용하여, 특수한 환경에서도 서로 악영향을 미치지 않고 정상적으로 작동하는 경험을 쌓는 것은 핵융합 실용화에 중요한 기회이다.


21세기 초, 세계 각국에서 핵융합 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 다양한 종류의 장치가 검토되고 있다. 그러나 지금까지의 연구 장치로는 실용화에 필요한 규모(수십만 kW)의 에너지를 지속적으로 발생시킨 예가 없으며, 순간 최대 출력도 유럽 공동 토러스(JET)가 1997년에 기록한 1만 6천 kW가 전부이다. 실용 규모의 핵융합 에너지가 발생하는 조건에서의 플라즈마 물리학은 미지의 영역이며, 플라즈마 물리학 과제 해명이 크게 기대된다. 이는 핵융합 에너지 실용화의 필수 과제 중 하나이다.

핵융합 발전을 위해서는 장시간 연속으로 핵융합 반응을 일으켜야 하지만, 실용 가능한 수준의 높은 압력 플라즈마 유지는 아직 달성되지 못했다. 한국의 KSTAR가 55초를 달성한 것이 최장 기록이며(낮은 압력 플라즈마는 규슈 대학 TRIAM이 5시간 16분 기록 보유), ITER영어는 이를 넘어 장시간 운전을 목표로 한다.

핵융합 실용화를 위해서는 높은 중성자 조사에 견디고 방사성 물질로 변화하기 어려운 재료 개발이 필수적이지만, ITER영어는 중성자 발생량이 부족하여 재료 개발을 주 목적으로 하지 않는다. 따라서 ITER영어와 병행하여 핵융합 재료 개발이 필요하며, 국제 협력 기반의 재료 개발 조사 설비 건설 계획인 '''IFMIF 계획'''이 일본 아오모리현 로쿠쇼무라에서 진행 중이다.

5. 기술적 설계

ITER는 자기 가둠 핵융합 방식을 사용하여 플라즈마를 가두고 핵융합 반응을 일으킨다. 이 방식은 강력한 자기장을 이용하여 고온의 플라즈마를 진공 용기 내에 가두는 기술이다.

중수소와 삼중수소가 융합하면 헬륨 핵과 고에너지 중성자가 생성된다.[118]

:H + H → He + +

중수소-삼중수소 융합은 질량당 우라늄-235 핵분열보다 약 3배, 석탄 연소와 같은 화학 반응보다 수백만 배 더 많은 에너지를 방출한다.[121]

핵융합 반응을 위해서는 핵들이 서로 강하게 반발하는 전기적 장벽을 극복하고 100fm 이내로 접근해야 한다.[123] ITER에서는 고온과 자기 구속을 통해 이러한 조건을 달성한다. 자석을 거의 절대 영도로 냉각하기 위해 극저온 펌프와 같은 냉각 장비를 사용하며,[122] 플라즈마는 저항 가열, 중성 입자 빔 주입, 무선 주파수 (RF) 또는 마이크로파 가열을 통해 150000000°C까지 가열된다.[124][152]

핵융합 반응이 지속되려면 플라즈마 입자들이 충분히 오랫동안 작은 부피 안에 갇혀 있어야 한다.[125] ITER는 자기장을 사용하여 플라즈마를 가두는데, 자기장을 통과하는 하전 입자는 구심 가속도를 받아 자기 선을 중심으로 원 또는 나선형으로 움직인다.[126] 플라즈마 구속에는 중앙 솔레노이드 자석, 폴로이드 자석, 18개의 D자형 토로이드장 코일, 수정 코일 등 4가지 유형의 자석이 사용된다.[127]

고온, 고에너지 입자, 광자로부터 자석 및 기타 장비를 보호하고 플라즈마를 가둘 진공 상태를 유지하기 위해 견고한 구속 용기가 필요하다.[128] 구속 용기 내벽에는 440개의 블랭킷 모듈이 설치되어 중성자를 감속, 흡수하고 강철 구조와 초전도 토로이드장 자석을 보호한다.[132]

융합 반응으로 생성된 고에너지 중성자는 구속 용기 내벽의 블랭킷에서 흡수되며, 이 에너지는 냉각수를 통해 추출되어 발전소에서 전기를 생산하는 데 사용될 수 있다. ITER에서는 이 열에너지를 추출하여 폐기할 예정이다.[134]

ITER 토카막은 작동 중 발생하는 열을 관리하기 위해 여러 냉각 시스템을 사용한다. 1차 수냉 루프는 토카막 건물 2차 격납 구조 내 열교환기를 통해 2차 루프의 물에 의해 냉각된다. 2차 냉각 루프는 냉각탑, 프로방스 운하에서 물을 공급하는 5km 파이프라인, 강 뒤랑스로 방출 전 냉각수 냉각 및 화학적 오염과 삼중수소 검사를 위한 분지로 구성된 복합 시설에 의해 냉각된다.[170] 80,000까지 의 냉각을 제공하는 액체 질소 시스템과 4,500까지 의 냉각을 제공하는 액체 헬륨 시스템도 사용된다.[171][172]

5. 1. 진공 용기

ITER 장치의 핵심 부분은 진공 용기이며, 이곳에서 플라스마가 자기장에 의해 갇히게 된다. 이 용기는 이중 벽 강철 구조로 되어 있다.

ITER 진공 용기는 이전에 제작된 융합 용기들보다 두 배 크고 16배 더 무겁다. 9개의 토러스 모양 섹터 각각의 무게는 약 450톤이며, 모든 차폐 및 포트 구조물을 포함하면 총 5,116톤에 달한다. 외부 직경은 19.4m, 내부 직경은 6.5m이며, 조립 후 전체 구조물의 높이는 11.3m이다.[128][135]

진공 용기의 주요 기능은 밀폐된 플라스마 용기를 제공하는 것이다. 주요 구성 요소는 주요 용기, 포트 구조 및 지지 시스템이다. 주요 용기는 60mm 셸 사이에 폴로이달 및 토로이달 보강 리브가 있는 이중 벽 구조로, 용기 구조를 강화한다. 이 리브는 냉각수를 위한 유로를 형성하며, 이중 벽 사이의 공간은 스테인리스강 차폐 구조물로 채워진다. 용기 내부 표면은 브리더 블랭킷 구성 요소를 포함하는 브리더 모듈과의 인터페이스 역할을 한다. 이 모듈은 융합 반응으로 생성되는 고에너지 중성자로부터 차폐를 제공하고, 일부는 삼중수소 생성에도 사용된다.[135]

진공 용기에는 18개의 상단 포트, 17개의 적도 포트, 9개의 하단 포트 등 총 44개의 개구부가 있다. 이들은 원격 조작, 진단 시스템, 중성 입자 빔 주입 및 진공 펌핑에 사용된다. 원격 조작은 작동 중 중성자 충격으로 인해 가동 중지 후 반응기 내부가 방사성을 띠기 때문에 필요하다.[136]

진공 펌핑은 융합 반응이 시작되기 전에 필요한 저밀도 환경(공기 밀도의 약 백만 분의 1)을 만들기 위해 수행된다.[137]

5. 2. 블리더 블랭킷

국제열핵융합실험로(ITER)에서 실험하는 중요한 구성 요소는 블리더 블랭킷이다. 이 구성 요소는 진공 용기 포트에 위치하며, 플라즈마에서 방출되는 중성자와의 반응을 통해 삼중수소 생산을 시험하는 역할을 한다. 블랭킷 내에서는 삼중수소를 생성하는 여러 반응이 일어난다.[139] 리튬-6은 완화된 중성자와의 (n,t) 반응을 통해 삼중수소를 생성하고, 리튬-7은 고에너지 중성자와의 (n,nt) 반응을 통해 삼중수소를 생성한다.[140][141]

블리더 블랭킷에는 헬륨 냉각 리튬 납(HCLL), 헬륨 냉각 자갈 침대(HCPB), 물 냉각 리튬 납(WCLL) 방식 등이 연구되고 있다.[142] ITER에서는 6개의 서로 다른 삼중수소 블리더 블랭킷 모형(TBM, Test Blanket Modules)이 시험될 예정이며, 이들은 공통적인 상자 형태를 공유한다.[143] HCPB 개념에서 블리더 자갈로 사용될 재료에는 메타티탄산 리튬과 오르토규산 리튬이 있다.[144] 블리더 재료는 삼중수소 생산 및 추출 능력이 우수하고, 기계적 안정성이 높으며, 방사성 활성화 수준이 낮아야 한다.[145]

5. 3. 자석 시스템

ITER 토카막에 사용되는 자석 시스템은 지금까지 제작된 가장 큰 초전도 자석 시스템이 될 것이다.[146] 이 시스템은 플라즈마 가두기를 위해 중앙 솔레노이드 자석, 극자장 코일, 환형 자장 코일 및 보정 코일의 4가지 유형의 자석을 사용한다.[127] 중앙 솔레노이드 코일은 높이 18미터, 폭 4.3미터, 무게 1,000톤이다.[147] 이 코일은 45 kA를 전달하고 13 테슬라 이상의 피크 자기장을 생성하기 위해 초전도 니오븀-주석을 사용한다.[148][149]

18개의 환형 자장 코일 또한 니오븀-주석을 사용한다. 이 코일은 명목상 최대 자기장 세기가 11.8테슬라, 저장된 자기 에너지가 41 기가줄인, 역대 가장 강력하게 설계된 초전도 자석이다.[150] 다른 저자장 ITER 자석(극자장 및 보정 코일)은 초전도 소자로 니오븀-티타늄을 사용한다.[151]

5. 4. 추가 가열

핵융합을 달성하기 위해서는 플라스마 입자를 150000000°C에 달하는 온도로 가열해야 한다. 이러한 극심한 온도를 달성하기 위해 여러 가열 방식을 사용해야 한다.[152] 토카막 내부에서 자기장 변화가 가열 효과를 발생시키지만, 외부 가열도 필요하다. ITER에는 세 가지 유형의 외부 가열 방식이 적용될 것이다.[153]

  • 두 개의 100만 볼트 가열 중성 빔 주입기 (HNB)는 각각 연소 플라스마에 약 16.5MW를 공급하며, 세 번째 주입기를 추가할 가능성이 있다. 빔은 전하를 띤 중수소 이온을 생성하며, 5개의 그리드를 통해 가속되어 1MV의 필요한 에너지를 얻고, 빔은 최대 3600초에 달하는 전체 플라스마 펄스 기간 동안 작동할 수 있다.[154] 프로토타입은 이탈리아 파도바에 건설된 중성 빔 시험 시설(NBTF)에서 제작되고 있다.[155] 또한 토카막 내부의 헬륨 재의 양을 감지하는 데 도움이 되는 진단을 위해 사용될 더 작은 중성 빔도 있다.[156]
  • 플라스마의 이온과 동일한 진동 속도를 갖는 전파를 생성하기 위해 안테나를 사용하여 플라스마에 20MW의 전자기 에너지를 주입하는 이온 사이클로트론 공명 가열 (ICRH) 시스템.[157]
  • 고강도 전자기 방사선 빔을 사용하여 플라스마 내의 전자를 가열하는 전자 사이클로트론 공명 가열 (ECRH) 시스템.[158]

5. 5. 크라이오스타트

크라이오스타트(Cryostat)는 국제열핵융합실험로(ITER)의 구성 요소 중 하나로, 진공 용기와 초전도 자석을 둘러싸는 거대한 스테인리스강 구조물이다. 극저온 진공 환경을 제공하며,[159] 두께는 50~250mm로 8,500 세제곱미터의 밀폐된 공간에 작용하는 대기압으로 인한 응력을 견딜 수 있도록 설계되었다.[160] 2020년 6월 9일, Larsen & Toubro는 크라이오스타트 모듈의 배송 및 설치를 완료했다.[161] 크라이오스타트는 지진 격리 기반 위에 위치한 토카막 복합체의 주요 구성 요소이다.[162][163][164]

5. 6. 다이버터

다이버터는 토카막 내부에 설치되어 플라즈마에서 발생하는 폐기물과 불순물을 제거하는 장치이다. 국제열핵융합실험로(ITER)의 다이버터는 핵융합 반응으로 생성되는 열과 재를 추출하고, 주변 벽을 보호하며, 플라즈마 오염을 줄이는 역할을 한다.[165]

ITER의 다이버터는 거대한 재떨이와 유사하며, 주로 텅스텐으로 구성된다. 플라즈마와 직접 접촉하는 부분은 텅스텐의 높은 녹는점, 낮은 스퍼터링 수율, 낮은 삼중수소 보유율 때문에 텅스텐으로 제작되었다. 다이버터의 기본 구조는 열전도를 위한 구리 합금과 구조적 지지를 위한 스테인리스강 등으로 구성된다.

다이버터는 54개의 카세트로 구성되며, 각 카세트의 무게는 약 8톤, 크기는 0.8m x 2.3m x 3.5m이다. 다이버터의 설계 및 건설은 Fusion For Energy 기관에서 감독한다.[166]

ITER 토카막이 작동하면 플라즈마와 접촉하는 장치는 제곱미터당 20메가와트의 열 스파이크를 견뎌야 하는데, 이는 우주선이 지구 대기권에 진입할 때 받는 열보다 4배 이상 높은 수치이다.[167]

다이버터의 성능 시험은 러시아의 ITER 다이버터 시험 시설(IDTF)에서 진행된다. 이 시설은 ITER 조달 협정의 일환으로 상트페테르부르크의 예프레모프 연구소에 설치되었으며, 프로젝트 회원국들이 설계 및 제조를 분담한다.[168]

5. 7. 냉각 시스템

국제열핵융합실험로(ITER)는 작동 중 발생하는 열을 관리하기 위해 상호 연결된 냉각 시스템을 사용할 예정이다. 이 시스템은 1차 수냉 루프, 2차 냉각 루프, 액체 질소 시스템, 액체 헬륨 시스템 등으로 구성된다.[134]

6. 운영 현황 및 일정

2024년, ITER는 2035년에 중수소-중수소 플라스마 작동을 시작하는 새로운 일정을 발표했다.[93] 당초 ITER는 2020년에 첫 번째 플라스마를 시험하고 2023년까지 완전한 핵융합을 달성할 계획이었으나, 여러 요인으로 인해 일정이 조정되었다.

7. 비판 및 논란

국제열핵융합실험로(ITER) 프로젝트는 잠재적인 환경 영향, 기후 변화 대응으로서의 유용성, 토카막 설계, 실험 목표 표현 방식 등과 관련하여 여러 비판을 받아왔다.

2005년 프랑스가 ITER 부지로 발표되자, 노엘 마메르와 같은 프랑스 정치인을 포함한 여러 유럽 환경 운동가들은 이 프로젝트에 반대했다. 마메르는 ITER가 지구 온난화 방지 노력을 소홀하게 만들 것이라고 주장하며, "효과가 있을지도 확실하지 않은 프로젝트에 30~50년 동안 100억 유로를 투입할 것"이라고 비판했다.[244] 그러나 프랑스의 다른 환경 단체인 '생태학자 핵연료 지지 협회(AEPN)'는 ITER 프로젝트가 기후 변화 대응에 중요한 역할을 할 것이라며 환영했다.[6]

에릭 레너와 같은 독립 융합 과학자를 포함한 비토카막 시스템 연구자들은 ITER보다 적은 비용으로 융합 에너지 개발에 더 효율적인 경로를 제공할 수 있는 다른 융합 프로젝트들이 있다고 주장한다.[245] 다니엘 재스비와 같은 비평가들은 ITER 연구자들이 토카막 융합 방식이 가진 기술적, 경제적 문제점을 외면하고 있다고 비판한다.[246]

토카막 설계와 관련해서는, 2013년 토카막 매개변수 데이터베이스 보간 결과, 토카막 다이버터의 전력 부하가 예상보다 5배나 높을 수 있다는 우려가 제기되었다. ITER 다이버터의 예상 전력 부하가 이미 매우 높은 상황에서, 이러한 발견은 새로운 설계 테스트를 촉발했다.[247]

또한, ITER와 미래의 중수소-삼중수소(DT) 융합 프로젝트에 사용될 삼중수소 공급량이 제한적이라는 문제도 제기되었다. 현재 상황에서 ITER는 실험에 필요한 모든 삼중수소를 소모할 것이며, 현재 기술로는 미래 DT 연료 주기 융합 에너지 실험에 필요한 충분한 삼중수소를 생산하기 어렵다. 2020년 연구에 따르면, "DEMO 및 미래 융합 원자로를 위한 DT 연료 주기의 성공적인 개발은 플라즈마 물리학 및 융합 기술 분야의 집중적인 연구 개발 프로그램을 필요로 한다."[248]

7. 1. 비판에 대한 반론

ITER 옹호론자들은 많은 비판이 오해에서 비롯되었거나 사실과 다르다고 주장한다. 특히 실험의 "내재적 위험"에 대한 주장이 그렇다고 본다. 이들은 상업용 핵융합 발전소의 경우 핵분열 원자로보다 훨씬 적은 양의 방사성 폐기물을 발생시키고, 장기간 보관이 필요한 방사성 폐기물은 전혀 만들지 않으며, 어떤 핵융합로도 대규모 연쇄 반응을 일으킬 수 없다고 강조한다.[249] 플라스마가 ITER 내부 벽에 닿으면 즉시 냉각되어 핵융합 반응이 멈추기 때문이다. 또한, 핵융합로에는 핵융합 연소 펄스를 최대 1시간 유지할 수 있는 0.5그램[250]의 중수소/삼중수소 연료만이 포함되어 있는 반면, 핵분열 원자로는 보통 몇 년 치 연료를 포함하고 있다.[251]

ITER에서는 일부 삼중수소 제거 시스템이 구현될 예정이며, 약 2kg의 연료 주기 재고 수준에서 대량의 삼중수소를 재활용해야 한다. 이는 전 세계의 이전 삼중수소 시설보다 몇 배 더 높은 회전율이다.[252]

사고나 파괴 행위가 발생하더라도 핵융합로는 일반적인 핵분열 발전소보다 훨씬 적은 방사성 오염을 방출할 것으로 예상된다. ITER의 핵융합 방식은 핵무기 기술과는 거의 관련이 없으며, 핵무기 제조에 필요한 핵분열성 물질을 생산하지 않는다. 옹호론자들은 대규모 핵융합 발전이 필요에 따라 안정적으로 전기를 생산할 수 있으며, 사실상 오염 물질(CO2, SO2, NOx 등의 가스 부산물)을 배출하지 않는다는 점을 강조한다.[253]

일본의 한 시범 원자로 연구자는 핵융합 발전이 2030년대에서 2050년 사이에 실현 가능할 것이라고 예상하며, 일본은 자체적인 연구 프로그램을 통해 다양한 핵융합 방식을 연구하고 있다.[254]

ITER 옹호론자들은 현재의 연구 투자가 미래의 더 큰 수익을 위한 시도라고 주장한다. ITER 투자가 EU 경제에 미치는 영향에 대한 2017-18년 연구는 '중장기적으로 EU의 ITER 투자에서 긍정적인 투자 수익이 있을 가능성이 높다'는 결론을 내렸다.[257] 미국에서만 전력 판매액이 연간 2,100억 달러에 달하며,[255] 아시아의 전력 부문은 1990년부터 1999년까지 930억 달러의 민간 투자를 유치했다.[256] ITER에 대한 연간 10억 달러 미만의 전 세계 투자는 2007년에 총 169억 달러에 달했던 다른 발전 방식에 대한 연구와 병행될 수 있다.[258]

ITER 지지자들은 강렬한 중성자 플럭스를 견디는 재료를 시험하는 유일한 방법은 실험적으로 해당 플럭스에 노출시키는 것이며, 이것이 ITER와 IFMIF의 주요 임무 중 하나라고 강조한다. 두 시설 모두 이 목표 달성에 필수적이다.[250] ITER의 목적은 잠재적인 핵융합 발전소를 둘러싼 과학적, 기술적 질문을 탐구하는 것이다. 강렬한 중성자 플럭스에 노출될 재료의 특성에 대한 만족스러운 데이터를 얻는 것은 거의 불가능하며, 연소 플라즈마는 외부 가열 플라즈마와는 매우 다른 특성을 가질 것으로 예상된다.[260] 이러한 질문에 답하기 위해 ITER 실험이 필요하다.[261]

토카막을 통한 주요 연구는 자기 밀폐 플라즈마 물리학 연구의 마지막 단계에 도달할 만큼 발전했다. 최근 플라즈마 구성을 제어하는 기술 발전으로 에너지 및 압력 밀폐가 크게 개선되어 핵융합 원자로의 예상 전력 비용이 절반으로 감소했고, 이는 고급 경수 원자로보다 약 50% 높은 수준이다.[262] 저방사화 구조 재료 개발의 진전은 환경 친화적인 핵융합 원자로의 가능성을 보여주고 있으며, 대체 밀폐 개념 연구는 미래 밀폐 성능 개선의 가능성을 제시한다.[263] 지지자들은 화석 연료를 대체할 다른 잠재적 대안들( 태양광, 풍력, 수력 발전)이 자체적인 환경 문제를 가지고 있다고 주장한다. 이들은 모두 ITER의 후속 모델인 DEMO에 비해 표면 전력 밀도가 매우 낮으며, DEMO는 2,000MW로 대형 핵분열 발전소보다 높은 에너지 밀도를 가질 것이다.[264]

8. 관련 프로젝트

ITER의 전신으로는 JET[265], 토레 수프라[266], MAST[267], SST-1, EAST, KSTAR가 있다.

다른 계획되거나 제안된 핵융합로로는 NIF[268], W7-X, T-15MD, STEP, SPARC, SST-2[269], CFETR[270][271][272][273], DEMO[274], K-DEMO와 기타 'DEMO 단계'의 국가 또는 민간 부문 핵융합 발전소가 있다.[275][276]

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