서울대 초전도응용연구센터, 英 핵융합 발전 핵심 장비 개발…200억원 규모 연구협약 체결

서울대가 차세대 핵융합 발전의 핵심 장비인 고온초전도 자석 기술 개발을 위해 영국 원자력청과 200억원 규모 공동연구 협약을 맺었다. 이번 협약은 원자력 분야에서 해외 기관의 공동연구 수주로는 최대급 규모로 알려졌다.

서울대학교 초전도응용연구센터는 영국 원자력청의 완전자회사인 UKIFS와 1017만 파운드(한화 약 200억원) 규모의 3단계 공동연구 협약을 체결했다고 14일 밝혔다. UKIFS는 영국의 핵융합 발전 실증 사업인 스텝(STEP) 프로그램을 주도하는 기관이다.

스텝은 영국의 전략적 국가사업으로 2040년대 초까지 20만 가구(4인 기준) 이상에 전력을 공급할 수 있는 상업용 핵융합 발전소 건설을 목표로 한다. 지난해 영국 정부는 영국 노팅엄셔 웨스트 버튼을 발전소 건설지로 확정하고, 핵융합 에너지 개발에 5년간 25억 파운드(한화 약 4조9000억원)을 투자하겠다고 발표했다.

핵융합 발전은 태양처럼 가벼운 원자핵을 결합시켜 에너지를 얻는 방식이다. 발전 과정에서 탄소 배출이 거의 없고, 기존 원전보다 장기 방사성 폐기물 부담이 작아 미래 에너지원으로 주목받는다. 다만 상용화를 위해서는 1억도 이상 고온의 플라스마를 안정적으로 가두는 기술이 필요하다.

이 과정에서 강한 자기장을 만드는 장치가 초전도 자석이다. 한승용 서울대 전기정보공학부 교수 등 서울대 초전도응용연구센터에서 개발 중인 고온초전도 케이블은 이 초전도 자석의 핵심 부품이다. 고온초전도 기술은 기존 저온초전도 기술보다 상대적으로 높은 온도에서 작동하며 더 강한 자기장을 만들 수 있다. 이를 활용하면 핵융합 장치의 크기를 줄이면서도 성능을 높일 수 있어 차세대 핵융합로의 핵심 기술로 꼽힌다.

앞서 서울대 초전도응용연구센터와 영국 원자력청은 2024년 6월부터 1·2단계 공동연구를 진행해왔다. 양 기관은 1단계에서 3.6m급 대전류 고온초전도 케이블 시제품을 설계·제작했다. 이어 2단계에서는 실제 핵융합 자석에 적용할 수 있는 케이블 장선화 제조 장비를 개발했다. 장선화는 짧은 시제품 수준을 넘어 실제 장치에 쓸 수 있는 길이와 구조로 케이블을 제조하는 과정이다.

초전도응용연구센터 연구진이 제작한 케이블 시제품은 지난해 7월 스위스 로잔연방공과대학 시험센터에서 외부 자기장 10.9T, 운전전류 91kA를 달성했다. 1m당 100t에 달하는 전자기력을 견디는 수준으로, 1400회 이상 반복 충·방전과 의도적인 퀜치 사고 시험에서도 성능 저하가 관측되지 않았다. 퀜치는 초전도 상태가 깨지며 저항과 열이 발생하는 현상으로, 초전도 자석의 안전성을 검증하는 핵심 시험이다.

이번 3단계 협력의 목표는 3m 규모의 ‘핵융합용 모델 자석’ 시작품을 제작하는 것이다. 단순 케이블 검증을 넘어, 실제 핵융합 장치에 가까운 자석 형태로 기술을 실증하는 단계다. 초전도응용연구센터 센터장인 한승용 서울대 전기정보공학부 교수는 “이번 협력으로 고온초전도 자석 기술의 성숙도를 한 단계 높이는 계기를 만들 것”이라고 말했다.

양 기관은 향후 STEP 최종 모델 자석 제작 참여도 협의 중이다. 한승용 교수는 “차세대 에너지원으로 핵융합이 주목받고 있다”며 “강력한 초전도 자석 개발은 단순 부품 공급을 넘어 국내 고온초전도 기술이 실제 핵융합로의 핵심으로 작용할 수 있다”고 말했다.

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