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스기노머신 등, 헬리컬 방식의 핵융합 실증용으로 초전도 코일 제작기 개발

산업기기 제조업체인 스기노머신(도야마현)과 핵융합 스타트업인 Helical Fusion(도쿄)이 핵융합용 초전도 코일을 제작하는 기계를 개발했다. 나선형 초전도 코일이 만드는 강력한 자기장으로 고온 플라즈마를 제어하는 ‘헬리컬 방식’의 핵융합 실증을 위해, 고온 초전도체(HTS) 케이블을 나선형으로 감는 역할을 담당한다.

개발한 초전도 코일 제작 기계는 Helical Fusion이 2026년 내에 조립을 시작할 예정인 최종 실증 장치 ‘Helix HARUKA’에 활용된다. Helix HARUKA의 가동 시작은 2030년 전후로 예정되어 있으며, 스기노머신이 개발한 코일 제작기는 Helix HARUKA의 건설 예정인 부지로 옮겨 사용한다. Helical Fusion의 다구치(田口) CEO는 “앞으로도 보수용 로봇 등의 개발은 필요하겠지만, 제조·제작에 사용하는 산업 기계로서는 가장 핵심적인 장비가 될 것이다”라고 설명했다.

-- 일본 전국 제조 기업과 연계 --
Helical Fusion은 Helix HARUKA 조립을 위해 이미 료키금형공업(아이치현)과 고온 초전도 코일을 넣는 ‘코일 케이스’ 시제품을 제작하고 있다. 코일 케이스를 따라 HTS 케이블을 ‘16개 정도 묶은 굵기’로 나선형으로 감음으로써 직경 4~5m의 이중 나선형 원환 구조의 초전도 코일을 만들 계획이다.

HTS 케이블의 고자기장 환경과 3차원적으로 케이블을 배치한 상태에서의 초전도 시험은 이미 입증되었다. 따라서 이번 코일 제작기가 완성되면 최종 실증 장치의 본격적인 조립에 착수할 수 있다. HTS 케이블을 나선형으로 감은 후에는 케이블이 전자기력에 의해 움직이지 않도록 코일 케이스와 저융점 합금으로 고정한다.

다만 이번 코일 제작기는 통합 실증 장치인 Helix HARUKA용으로만 사용되며, 상용로 조립에는 사용하지 않는다. 실제로 2030년대 상업용 활용을 목표로 하는 핵융합로 ‘Helix KANATA’는 직경 30~40m 정도의 크기가 될 것으로 예상된다. Helix HARUKA에 비해 크기가 크기 때문에 별도의 조립 장치가 필요하다. 스기노머신의 대표이사 사장인 스기노(杉野) 씨는 “핵융합 발전을 위해 앞으로도 다양한 것들을 만들어야 한다. 의욕적으로 참여하고 싶다”라며 의지를 보였다.

-- 핵융합 실현은 ‘스기노 머신의 사명’, ITER 계획에도 참여 --
스기노머신은 그동안 원자력 발전소용 연료 취급 기기나 유지·보수 기기 등에서 실적을 쌓아왔다. 최근에는 원자력 발전소의 재처리 및 폐로 관련 장치 수요가 증가하는 추세라고 한다.

원자력 발전소 관련 실적과 배경을 바탕으로 핵융합 관련 기술 개발에도 적극적이다. 실제로 스기노머신은 Helical Fusion뿐만 아니라 다른 핵융합 프로젝트에도 정력적으로 참여하고 있다. 대표적인 예가 프랑스 남부에서 건설 중인 국제 핵융합 실험로 프로젝트 ‘ITER’ 계획이다.

이 프로젝트는 초전도 코일에서 발생하는 고자기장을 이용해 도넛 모양의 공간에 고온 플라즈마를 가두는 ‘토카막 방식’을 채택하고 있다. 스기노머신은 양자과학기술연구개발기구(QST), 소지쓰 머시너리(도쿄)와 함께 핵융합으로 중성자를 차단하는 차폐 블록용 ‘고정 볼트 체결 툴’과 ‘배관 동축 커넥터 용접 툴’ 등을 제작 중이며, 2030년까지 기기 납품을 목표로 하고 있다.

스기노 사장은 핵융합 실현을 스기노머신의 ‘사명’으로 규정하고 있다. “오랫동안 관여해 온 우리 입장에서도 원자력 발전소에는 여러 과제가 있다. 핵융합 실현으로 이를 해결할 수 있다면, 그것은 우리 존재의 의미이자 사명이다. 공헌해 나가고 싶다”라며 핵융합 실현을 향한 의지를 다졌다.

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