영국 Tokamak Energy, 1만 시간 핵융합 자석 시험 완료

1 줄 요약

영국 Tokamak Energy가 고온초전도 자석 시스템 Demo4를 14개월 동안 시험해 최대 13.7테슬라의 자기장과 장시간 운전 성능을 검증했다고 발표했다.

 

핵융합 발전에서 자석이 중요한 이유

토카막 방식의 핵융합 장치는 초고온 플라즈마를 강력한 자기장으로 가둔다. 플라즈마는 고체 용기와 직접 접촉할 수 없기 때문에, 자기장이 사실상 핵융합로의 보이지 않는 벽 역할을 한다.

자기장이 강해지면 같은 성능을 더 작은 장치에서 구현하거나, 제한된 크기의 장치에서 플라즈마를 더 효율적으로 가둘 가능성이 커진다. 그래서 최근 핵융합 업계에서는 강한 자기장을 만들면서도 전력 소비와 냉각 부담을 줄일 수 있는 고온초전도체, 즉 HTS 자석이 중요한 기술로 떠오르고 있다.

Demo4에서 무엇을 시험했나

영국 핵융합 기업 Tokamak Energy는 9월 9일, 고온초전도 자석 시스템인 Demo4의 14개월 시험 캠페인을 완료했다고 발표했다. 회사 발표에 따르면 Demo4는 최대 13.7테슬라의 자기장을 구현했고, 최대 5,600암페어의 전류를 흘렸다.

또한 77켈빈에서 17켈빈까지의 온도 범위에서 운전했으며, 약 1만 시간 동안 다양한 전류와 자기장 조건을 시험했다. 고장 상황을 가정한 강제 방전 시험도 진행했고, 12.5테슬라와 높은 전류 조건에서 과열로 인한 손상이나 핫스팟이 관찰되지 않았다고 회사는 설명했다. Tokamak Energy 발표

Demo4에는 44개의 HTS 코일과 600개 이상의 센서가 사용됐다. 자석 자체뿐 아니라 전원 공급, 극저온 냉각, 계측, 제어, 이상 상태 보호 시스템을 함께 시험했다는 점이 핵심이다.

왜 단순한 자석 시험 이상의 의미가 있나

핵융합 장치에서는 자석 하나의 성능만 좋아서는 충분하지 않다. 여러 자석이 서로 강한 힘을 주고받고, 냉각 시스템과 전력 시스템, 제어 장치가 동시에 안정적으로 작동해야 한다.

Demo4는 실제 플라즈마를 발생시키는 핵융합 발전소가 아니다. 하지만 구형에 가까운 ‘구형 토카막’ 구조에서 자석 시스템 전체를 통합해 시험했다는 점에서 의미가 있다. 개별 부품의 실험실 성능을 넘어, 발전소에 가까운 시스템 조건에서 자석과 주변 장비가 함께 작동하는지를 확인한 것이다.

Tokamak Energy는 이 시험에서 얻은 데이터를 영국의 STEP 핵융합 프로그램용 자석 개발과 차세대 발전소 규모 HTS 시스템 설계에 활용할 계획이라고 밝혔다. 영국 정부의 2026년 핵융합 전략 문서도 Demo4를 고온초전도 자석 기술의 주요 개발 사례로 언급하고 있다. 영국 정부 핵융합 전략

아직 발전소는 아니다

이번 발표를 곧바로 핵융합 발전의 상용화로 해석해서는 안 된다. Demo4는 플라즈마를 만들어 전기를 생산하는 장치가 아니라, 핵융합로에 필요한 자석과 부대 시스템을 시험하는 장비다.

또한 ‘고온초전도’라는 이름이 상온에서 작동한다는 뜻도 아니다. 기존 초전도 자석보다 상대적으로 높은 온도에서 작동할 수 있다는 의미이며, 여전히 극저온 냉각 시스템이 필요하다.

다음 과제는 더 큰 자석을 실제 핵융합 장치에 통합하고, 장시간 운전과 반복적인 열·기계적 스트레스를 견디는지 확인하는 것이다. 자석 성능이 좋아져도 플라즈마 안정성, 재료 내구성, 삼중수소 연료, 열 배출과 같은 다른 과제가 자동으로 해결되는 것은 아니다.

내 함의 / 시사점

이번 뉴스의 핵심은 ‘13.7테슬라’라는 숫자 하나보다, 핵융합 발전소에 필요한 자석 시스템을 부품 단위가 아니라 통합 시스템으로 시험했다는 데 있다.

핵융합의 미래는 더 뜨거운 플라즈마를 만드는 경쟁만으로 결정되지 않는다. 강한 자기장을 안정적으로 만들고, 냉각과 전력 공급, 고장 보호를 함께 관리하는 제조·운영 능력도 중요하다. HTS 자석이 충분히 신뢰성 있게 대형화된다면 토카막을 더 작고 강력하게 설계할 가능성이 생긴다.

다만 기업 발표의 수치는 독립 기관의 반복 검증과 실제 장치 적용 결과로 이어져야 한다. 앞으로는 Demo4의 성능이 STEP이나 민간 파일럿 플랜트의 실제 설계에 어느 정도 반영되는지 지켜볼 필요가 있다.

불확실성과 체크포인트

• Demo4는 핵융합 발전소가 아니라 자석 시험 시스템이다.
• 발표 수치는 현재 기업의 공식 발표를 중심으로 확인된 내용이다.
• 고온초전도체도 극저온 냉각이 필요하다.
• 대형화 과정에서 제조 비용과 접합부 신뢰성이 핵심 과제가 된다.
• 실제 플라즈마 운전에서 자기장 성능이 유지되는지 추가 검증이 필요하다.
• STEP 프로그램이 일정과 예산을 유지하며 다음 단계로 넘어가는지 확인해야 한다.