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EAST

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1. 개요

EAST는 중국에서 건설된 핵융합 실험 장치로, 핵융합 연구를 위한 초전도 토카막이다. 1990년대 후반에 건설이 시작되어 2006년에 1단계 가동을 시작했으며, 2011년 2단계로 업그레이드되었다. EAST는 1억 도 이상의 초고온 플라스마를 장시간 유지하는 데 성공하며 핵융합 연구의 중요한 이정표를 세웠다. 또한, ITER 기술의 시험장 역할을 수행하며 국제 협력 연구를 진행하고 있다.

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EAST
기본 정보
EAST 진공 용기
EAST 진공 용기
유형토카막
위치허페이 시
국가중국
소속허페이 물리 과학 연구원
중국 과학원
물리적 특성
플라즈마 가열
연혁
건설 시작알 수 없음
작동 시작 연도2006년
작동 종료 연도알 수 없음
현재 작동 여부
이전 장치HT-6M
관련 프로젝트알 수 없음
기타 정보
웹사이트알 수 없음
기타 링크알 수 없음

2. 원리

태양은 엄청난 중력으로 수소를 끌어모아 중심 온도 15000000°C의 환경에서 수소가 핵과 전자로 분리되는 플라스마 상태를 만들어, 수소 핵끼리 융합하는 방식으로 49억 년 동안 에너지를 생산하고 있다.[20] 태양의 중심부는 15000000°C이며 기압은 2000억 기압으로 추정된다.

하지만 지구에서 핵융합로를 건설할 때에는 2000억 기압을 만드는 것은 불가능하다. 따라서 기압 대신 온도를 100000000°C로 올리면 플라스마가 유지된다는 사실이 밝혀졌다. 플라스마 안에서 중수소삼중수소를 핵융합시켜 헬륨을 만드는데, 이 과정에서 엄청난 열에너지가 발생한다.

바닷물 35L에서 중수소 1g을 얻을 수 있다. 중성자리튬을 반응시키면 삼중수소를 만들 수 있는데, 1g당 약 3000만의 비용이 필요하다.

중수소 1g과 삼중수소 1.5g으로 석탄 20t에 해당하는 전력을 생산할 수 있다. 이는 한 가정이 80년간 사용할 수 있는 양이다. 핵융합은 온실 기체나 대기 오염 물질을 발생시키지 않으며, 원자력 발전과 달리 방사능이 없다는 장점이 있다.

3. 역사

EAST는 1990년대 초 러시아와 협력하여 중국의 플라스마 물리학 연구소가 건설한 중국 최초의 초전도 토카막 장치인 HT-7을 기반으로 한다. 이 장치는 1996년에 처음 제안되었고 1998년에 승인되었다. 2003년 일정에 따르면 건물과 부지 시설은 2003년까지 건설될 예정이었다. 토카막 조립은 2003년부터 2005년까지 진행될 예정이었다. 건설은 2006년 3월에 완료되었다.[3]

공식 보고서에 따르면 이 프로젝트의 예산은 CNY 3억위안 (약 3700만달러)으로, 다른 국가에서 건설된 유사한 반응로의 1/15에서 1/20 수준이다.[4]

4. 발전 단계

EAST는 2006년 9월 28일 1단계 가동을 시작하여[5] 여러 차례 실험 및 업그레이드를 거쳐 발전해왔다. 2011년 11월 29일부터 2단계에 돌입하여[8] 2014년 5월에 첫 번째 실험을 시작했다.[9] 주요 발전 단계는 다음과 같다.


  • 2011년 5월: 약 50000000°C에서 30초 이상 H-모드 플라즈마를 유지하는 데 성공한 최초의 토카막이 되었다.
  • 2016년 11월: 약 50000000°C에서 102초 동안 플라즈마 펄스를 유지.[10]
  • 2016년 11월 2일: 약 50000000°C에서 1분 이상 H-모드 플라즈마를 유지한 최초의 토카막.[11]
  • 2018년 11월: 약 100000000°C의 전자 온도 달성.[13]
  • 2021년 5월: 120000000°C의 전자 온도를 101초 동안 달성.[14]
  • 2023년 4월 12일: 세계 최초로 403초의 정상 상태 H-모드 플라즈마 달성.[17]

4. 1. 1단계 (2006년 ~ 2011년)

2006년 9월 28일, EAST는 1단계 가동을 시작했다.[5]

초기 가동에서 EAST는 2006년 9월 28일 약 3초 동안 200 킬로암페어 전류를 가진 첫 번째 플라즈마를 생성했다.[3] 2007년 1월에는 거의 5초 동안 지속되며 최대 500킬로암페어 전류를 생성하는 플라즈마를 만들었다.[6]

2010년 11월 7일, EAST는 낮은 하이브리드파(LHW) 주입만으로 H-모드 플라즈마를 달성했다.[7] 2011년 5월, EAST는 약 5천만 켈빈에서 30초 이상 H-모드 플라즈마를 유지하는 데 성공한 최초의 토카막이 되었다.

4. 2. 2단계 (2011년 ~ 현재)

EAST의 2단계는 2011년 11월 29일 EAST 보조 가열 시스템 프로젝트 개통식과 함께 공식적으로 시작되었다.[8]

2012년 9월부터 약 20개월 동안 업그레이드를 거친 후, 2014년 5월에 첫 번째 실험을 시작했다.[9] 1년 후, EAST는 최대 1MA의 전류와 6.4초 동안 안정적인 H-모드 플라즈마를 보고했다.[9] 그 후 2016년 11월, EAST는 약 50000000°C에서 102초 동안 플라즈마 펄스를 유지하는 데 성공하여 기록을 깼다. 이 테스트 동안 EAST는 약 2.4 x 1019/m3의 밀도로 400킬로암페어의 전류를 가진 플라즈마를 생성할 수 있었으며, 온도가 서서히 상승하는 것이 관찰되었다.[10]

2016년 11월 2일, EAST는 약 50000000°C에서 1분 이상 H-모드 플라즈마를 성공적으로 유지한 최초의 토카막이 되었다.[11] 2017년 7월에는 같은 온도에서 100초 이상 해당 플라즈마를 유지하여 한국핵융합에너지연구원KSTAR가 2016년에 세운 72초 기록을 경신했다.[12]

윤시우 KSTAR 연구센터장은 "고성능 플라스마 운전 100초 돌파는 플라스마 운전에서 중요한 대부분의 물리현상을 규명하는 데 도움이 될 것"이라며 "연속운전으로 가는 시발점이자 핵융합 상용화로 가는 변곡점이 될 것"이라고 말했다.[22]

상업용 핵융합로는 24시간 발전을 해야 하며, 그러려면 고온의 플라스마를 1000초(약 16분) 가까이 안정적으로 가동할 수 있어야 한다.[23]

2018년 11월 12일, EAST는 약 100000000°C의 전자 온도를 달성했다.[13] 2021년 5월에는 120000000°C의 전자 온도를 101초 동안 달성했다.[14] 2021년 12월 30일에는 1056초의 장펄스 고매개변수 플라즈마 운전을 실현하여 토카막 실험 장치의 작동에 대한 또 다른 세계 기록을 세웠다.[15][16]

2023년 4월 12일, EAST는 세계 최초로 403초의 정상 상태 H-모드 플라즈마를 달성했다.[17]

5. 기술적 특징

EAST는 다음을 시험하도록 설계되었다.[18]

시험 항목
초전도 니오븀-티타늄 자석, 초전도 토로이달 및 폴로이달 자석을 갖춘 최초의 토카막
비유도 전류 구동
0.5 MA 플라스마 전류에서 최대 102초 펄스
실시간 진단을 통한 플라스마 불안정성 제어 방식
다이버터 및 플라스마 접촉 부품용 재료
βN = 2 및 가둠 인자 H89 > 2로 작동


6. 토카막 매개변수

토카막 매개변수[19]
토로이달 자기장, Bt3.5 T
플라스마 전류, IP1.0 MA
주 반경, R01.85 m
부 반경, a0.45 m
종횡비, R/a4.11
형상비, κ1.6–2
삼각도, δ0.6–0.8
이온 사이클로트론 공명 가열 (ICRH)3 MW
로어 하이브리드 전류 구동 (LHCD)4 MW
전자 사이클로트론 공명 가열 (ECRH)현재 없음 (0.5 MW 계획)
중성 입자 빔 주입 (NBI)현재 없음 (계획)
펄스 길이1–1000 초
구성더블 널 다이버터
펌프 리미터
싱글 널 다이버터


7. 국제 협력

중국은 국제 열핵융합 실험로(ITER) 컨소시엄의 회원국이며, EAST는 ITER 기술의 시험장으로 활용되고 있다.[18]

8. 한국과의 관계

한국 한국핵융합에너지연구원KSTAR는 2016년에 5천만도의 초고온 플라스마 상태를 72초 동안 유지하는 세계 기록을 세웠으나, 2017년 7월 3일 EAST가 101.2초 유지에 성공하며 이 기록을 경신했다.[21]

윤시우 KSTAR 연구센터장은 "고성능 플라스마 운전 100초 돌파는 플라스마 운전에서 중요한 대부분의 물리현상을 규명하는 데 도움이 될 것"이라며, "연속운전으로 가는 시발점이자 핵융합 상용화로 가는 변곡점이 될 것"이라고 평가했다.[22]

참조

[1] 웹사이트 China's New Thermonuclear Fusion Reactor Test Successful -- china.org.cn http://www.china.org[...] 2024-12-03
[2] 문서 http://202.127.205.6[...]
[3] 웹사이트 China's New Thermonuclear Fusion Reactor Test Successful http://www.china.org[...] China Internet Information Center 2006-09-29
[4] 뉴스 China to build world's first "artificial sun" experimental device http://english.peopl[...] People's Daily Online 2006-01-21
[5] 문서 https://fire.pppl.go[...]
[6] 문서 Xinhua article Jan 15, 2007 Chinese scientists conduct more tests on thermonuclear fusion reactor https://web.archive.[...] 2007-01-15
[7] 웹사이트 EAST Tokamak achieves stationary H-mode plasmas https://www.iter.org[...] 2024-12-03
[8] 웹사이트 Institute of Plasma Physics Chinese Academy Of Scieneces http://english.ipp.c[...] 2024-12-03
[9] 문서 EAST at IPP-CAS http://english.ipp.c[...]
[10] 웹사이트 That's cute, Germany – China shows the world how fusion is done https://www.theregis[...] The Register 2016-02-06
[11] 웹사이트 EAST Achieves Longest Steady-state H-mode Operations http://english.ipp.c[...] EAST team 2016-11-15
[12] 웹사이트 China's 'artificial sun' sets world record with 100s steady-state high performance plasma https://www.eurekale[...] Chinese Academy of Sciences 2017-07-05
[13] 웹사이트 Chinese fusion tool pushes past 100 million degrees https://phys.org/new[...] Phys.org 2020-08-10
[14] Youtube GLOBALink {{!}} "Chinese artificial sun" sets new world record https://www.youtube.[...] 2021-05-29
[15] 웹사이트 GLOBALink {{!}} 中国"人造太阳"实现千秒级等离子体运行 http://www.news.cn/p[...] 2021-12-31
[16] 웹사이트 1,056 Seconds, another world record for EAST http://english.ipp.c[...] 2021-12-31
[17] 웹사이트 Reliable 403 Seconds Stationary H-mode Plasmas Demonstrated on EAST https://english.cas.[...] 2023-04-17
[18] 간행물 Study of lower hybrid current drive towards long-pulse operation with high performance in EAST EURATOM 2015
[19] 웹사이트 EAST (HT-7U Super conducting Tokamak)----Hefei Institutes of Physical Science, The Chinese Academy of Sciences http://english.hf.ca[...]
[20] 뉴스 2025년 인공태양이 뜬다…반환점 지난 국제핵융합실험로 건설 한겨레 2018-10-14
[21] 뉴스 中, 1억°C '인공태양' 실험 성공 …"청정 핵발전 토대" 연합뉴스 2018-11-13
[22] 뉴스 '한국 인공태양' 플라스마 실험 2만회…핵융합연구 가속 연합뉴스 2018-09-05
[23] 뉴스 "[Science] 인공태양의 꿈…1초 태양에너지, 인류 100만년 쓰고 남을 양" 매일경제 2018-09-14



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