ITER

International Thermonuclear Experimental Reactor (국제 핵융합 실험로)

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1. 개요2. 목표3. 사업기간4. 상세5. 한국과의 관계6. 기타7. 관련 문서

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1. 개요

ITER은 상용화 가능 최소 핵융합 효율의 확실한 달성을 목표로 하는 국제공동 핵융합 실험으로, 미국, 러시아, 유럽연합(29개국)[1], 중국, 인도, 일본, 대한민국 등 총 35개국이 참여하며 캐나다, 카자흐스탄, 태국, 호주와는 비회원 협력 관계에 있는 역사상 가장 큰 규모의 국제연구개발사업이다.

이에 비견할 만한 국제 합동 프로젝트는 국제우주정거장, LHC, 아르테미스 계획 정도 밖에 없다. 건설단계 사업비로만 약 71.1억 유로(약 9조5천억 원), 총 사업비로는 약 131.8억 유로(약 17조 원)가 투입될 것으로 예측되고 있다. 이후 사업 예상비가 200억 유로를 거쳐, 2024년 기준 250억 유로로 늘어났다.

참고로 이들 국가가 직접 개발하기보단, 출자금을 바탕으로 경쟁입찰 방식으로 민간기업들에게 수주를 주며 건설에 필요한 설비들을 생산하고 있다.

2. 목표

핵융합을 연구하는 과학자들은 적어도 Q(에너지 증폭률, 이득계수)>10 정도는 되어야 실제 사용이 가능할 정도로 보고 있으며 화력, 원자력 발전 등을 완전히 대체하기 위해서는 Q=22 정도를 달성해야 한다. 그러나 현재 수준은 Q=1.25 정도에 불과하다. 그래서 ITER 프로젝트는 Q>10수준으로 핵융합 발전의 가능성을 확인하는 것을 목표로 하고 있다. ITER,로손조건

현재 수준에선 점화(Q=무한)를 달성하는 것을 목표로 하지는 않는다. 실제 달성하기도 어렵거니와, Q=22 달성을 목표로 하는 것은 ITER 다음의 DEMO 등이다. 관련자료

3. 사업기간

1988년 ~ 2001년: 개념설계 및 공학설계 수행
2007년: ITER 기구 설립
2007년 ~ 2034년: 건설단계[2]
2034년 ~ 2039년: 초기 운용 단계
2039년 ~ : 정상 운용 단계

완공 예정일이 최초 2016년에서 2025년으로, 그리고 현재는 2034년으로 계속 미뤄지는 중이다. 계획된 주요 실험(D-T 반응 등)은 2039년 이후 수행 가능할 예정이다. #

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1988년 ~ 2001년: 개념설계 및 공학설계 수행
2007년 ~ 2024년: 건설단계
2025년 ~ 2037년: 운영단계
2037년 ~ 2042년: 감쇄단계
2042년 이후: 해체단계

4. 상세

1939년에 태양의 에너지원이 핵융합 반응이라는 것이 규명된 이래로 20여년 간 각국 정부는 핵융합 반응이 수소폭탄의 원리와 관계가 있다는 점에서 비밀리에 연구를 진행했지만, 무기로서의 핵융합 기술이 아닌 전력 생산을 위한 핵융합 기술은 거의 몽상에 가까웠다. 핵융합을 이용해 전력을 생산하기 위해선 플라즈마를 고온상태를 유지하면서 안정적으로 가두는 것이 필수적인데, 발전은 커녕 플라즈마를 1초 이상 유지하기도 힘들었기 때문이었다. 그러던 1958년 국제회의에서 소련이 발표한 토카막 방식의 T-3 장치가 당시 수준보다 10배나 높은 10,000,000℃의 온도를 달성하면서 그 이후부터는 도넛 형태의 토카막 장치가 핵융합 연구의 주역이 되었다. 1950~60년대에 이미 자국의 핵융합 연구개발 프로그램을 시작한 핵융합 선진국들은 핵융합 토카막 연구장치 설계에서 출발하여 에너지 분기점(투입에너지=방출에너지)단계에 도달하는데 약 50년이 소요되었지만, 1990년대 중반부터 핵융합 연구에 괄목할만한 성과를 달성하기 시작했다.

ITER 계획은 1985년 당시 미하일 고르바초프 소련 공산당 서기장이 로널드 레이건 미국 대통령에게 인류의 미래를 위해서 안전한 핵융합 기술을 공동개발하자고 제안하면서 시작되었다.[3] 1988년, 핵융합에너지 개발을 위한 실용화 단계로의 발전을 위해 미국, 유럽공동체(현 유럽연합), 일본, 소련(현 러시아 연방) 등 4개국이 '국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업'에 합의하면서 구체적인 핵융합로 설계가 시작되었고, 이후 캐나다가 추가로 계획에 참여한다. 그리고 첫 시작부터 15년의 연구 끝에 2001년 공학설계(Engineering Design Activity)가 완료[4]되고, 2003년에는 중국과 대한민국이 추가로 참여하면서 전체 7개국(미국, 러시아, 유럽연합, 일본, 캐나다, 중국, 한국) 연합이 결성된다.

이후 7개국은 구체적인 일정, 재원조달, 역할분담, 건설부지 등을 가지고 협상을 이어갔지만, 합의가 쉽지 않았다. 가령 첫 주도국인 미국과 러시아의 상황을 보면 미국은 재정부담을 이유로 불참을 시사하면서 소극적인 태도[5]를 보였고, 러시아는 소련 붕괴후 탄생한 신생국으로서의 혼란과 경제위기가 아직 해결되지 않은 시기여서다.

대신 ITER의 주도국으로 떠오른[6] 프랑스(유럽연합)와 일본이 건설부지 유치를 두고 한 치의 양보도 없이 팽팽히 맞서면서 협상은 교착상태에 빠졌다.[7] 2004년에는, 한때 토론토 인근을 건설부지로 밀던 캐나다가 재원조달의 어려움을 이유로 탈퇴하면서 ITER 계획 자체가 위기에 빠졌다는 우려가 나왔다.

하지만 지루한 협상 끝에 결국 프랑스 남부의 카다라슈(Cadarache)가[8] 건설부지로 최종 확정되어 혼란이 줄어들었다. 그리고 탈퇴한 캐나다 대신 2005년 인도가 합류하고 이라크 전쟁에 승리한 미국과 경제위기를 극복한 러시아가 다시 ITER 참여에 적극적이게 되었다. 또한 신규 가입국인 한국과 중국의 핵융합 기술력이 괄목할 정도로 발전하는 등 ITER 계획은 여러 호재가 겹치면서 본궤도에 오르게 된다.[9]

미국, 러시아, 유럽연합, 일본, 중국, 한국, 인도 7개국 공동체는 2005년 12월 제주회의에서 공동이행협정 및 관련부속문서에 대한 최종합의에 도달했고, 2006년 4월 최종문안 확인을 통해 5월 24일 벨기에 브뤼셀에서 참여 7개국이 가서명하였다. 본 가서명 문서는 2006년 11월 참여국간 "ITER 공동이행협정"에 대한 공식 서명이 이루어졌고, 참여 국가별 비준 후 2007년 10월 ITER 국제기구가 공식적으로 출범했다.

2007년 ITER 공식 출범 이후, 2009년까지는 ITER가 건설될 42 헥타르의 부지를 정리하였다. 2010년부터 본격적인 ITER의 건설이 시작되어 2017년 12월에 50% 완성을 선언, 2020년 11월 현재까지 건설이 진행중이다. 이후 계획은 2021년 말까지 토러스(Torus, Toroidal field coil)를 완성하고 2024년 말까지 극저온 장치 완성, 이후 종합시운전에 들어가 2025년 12월 첫 플라즈마를 발생시키는 것이다. 2035년까지 D-T 반응을 목표로 하고 있다.

2023년 1월 6일, ITER 총장이 “국제 핵융합 프로젝트가 몇 년 더 미뤄질 수 있다”고 밝혔다. 격납기 블럭간 이격 및 내부부식이 발견되어 해결방안을 모색하는 듯하다. # #

2024년 7월, 설계오류 및 부식 등의 문제로 완공까지 9년 연장하였다. 은 도금 과정에서 잔여 염산에 의한 부식이 일어나 검사 과정에서 헬륨 유출이 발견된 것. 국내에서 제작된 물건이긴 하지만 애초에 설계 자체가 잘못되어 발생한 문제이다. 새로운 부품도 국내에서 다시 낙찰받았다. #

5. 한국과의 관계

KSTAR 문서를 보면 알겠지만 한국의 핵융합 역사는 의외로 오래되었다. 1995년 ITER 가입을 권유받았고, 한-EU 핵융합 공동협력 협정을 체결하기 전 양국 실무진들이 한자리에 모였을 때 유럽 측으로부터 회원국 가입을 적극적으로 권유받기도 했다. 하지만 1997년 외환 위기 때문에 미루어 두었다가 2003년에 정식으로 가입하였다.

ITER에서 사용하는 초전도선재는 Nb3Sn으로 KSTAR와 같은 초전도선재를 사용한다. 전체적인 규모가 1/25의 차이가 나긴 하지만, KSTAR도 ITER와 마찬가지로 토카막 초전도 전자석 핵융합 실험로이기 때문에 KSTAR의 데이터는 ITER에도 그대로 반영될 수 있다. 이 때문에 ITER 사업에서 한국의 기술적인 기여도는 상당히 높은 편이며 KSTAR에 적용되는 기술과 먼저 운영하면서 나온 데이터를 피드백하여 ITER에도 반영하고 있다. 초전도선재를 Nb3Sn을 선택한것도 KSTAR에서 최초로 증명된것을 반영한것으로 플라즈마 제어코일을 진공용기 내부에 설치한 것도 KSTAR에서의 설계 피드백을 적용시킨것이다.

2019년 9월 17일 현재 열차폐체의 첫 부품을 제작완료하여 부산항을 통하여 프랑스로 운송을 시작한다.
2020년 8월 운송이 완료됐다. 관련기사

총 건설비 9% 가량을 부담하며 큰 비중을 차지하고 있다. 현대중공업, 두산에너빌리티 외에 여러 중소기업들이 입찰에 참여하여, 2023년 기준으로 7,000억 원 이상의 수주 잔액을 기록하고 있다.

6. 기타

프로젝트 이름인 ITER은 라틴어로 '길'이라는 뜻을 지녔으며 '핵융합에너지 시대로 가는 지름길'이라는 의미를 갖는다고 한다.

사업계획에선 본래 kIUA라는 ITER만의 화폐단위가 사용되는데, 편의상 유로화(€)로 표기한다. kIUA로 표기하면 4,584.7kIUA이다. 1kIUA는 €1,552,000.

전세계의 주요 국가들이 공동으로 진행하는 거대과학 프로젝트란 점에서 국제우주정거장이나 강입자가속기(LHC) 계획과 유사하다.

7. 관련 문서

[1] 영국은 브렉시트와 관계없이 여전히 구성원으로서 ITER에 참여하며 스위스는 유럽연합 회원국은 아니지만 유럽 내 프로그램을 통해 참가한다. [2] 실제 건설은 2010년 시작. [3] 1985년의 소련은 고르바초프 서기장이 취임하면서 개방과 개혁을 시작했다. [4] 토카막의 경우 융합로 크기는 9m 이나 ITER는 30m 로 설계됨. [5] 당시 미국은 아들 부시 정권이 9.11 테러이후 테러와의 전쟁에 온힘을 기울이던 시절이다. 게다가 이라크 전쟁으로 유럽(유럽연합, 러시아)과 대립하고 있던 것도 협상에 악영향을 미쳤다. [6] 실제로 유럽연합은 ITER 부담금이 다른 국가 대비 4배, 일본은 2배나 돼서 발언권이 막강하다. 반면 초창기 사업을 주도한 미국과 러시아는 다른 일반참여국들처럼 사업 비용이 1/n 으로 줄어들어 다른나라들 처럼 유럽 연합과 일본에게 끌려다닌것이다. [7] 당시 유럽연합은 일본이 끝내 양보하지 않을 경우 중국, 러시아와 손잡고 ITER 계획에서 아예 미국과 일본을 빼버리는 것까지 고려했다. [8] 지중해와 접한 남동부의 프로방스알프코트다쥐르 내 도시로, 프랑스 남부 최대 도시 마르세유와 60km 떨어져있다. [9] 2018년 캐나다가 ITER 재가입을 고려중이란 기사가 나왔지만, 후속보도가 없는 것으로 봐서 아쉽게도 그냥 묻힌 걸로 보인다.