화학/에너지

Nikkei Monozukuri_2024.9 (p32~33)

국제 핵융합 실험 ‘ITER’용 다이버터
미쓰비시중공업, 완성된 프로토타입 공개

미쓰비시중공업과 양자과학기술연구개발기구(이하, QST)는 핵융합발전 국제 프로젝트 ‘ITER’의 계획용으로 개발한 다이버터의 외측 수직 타겟(OVT: Outer Vertical Target)의 프로토타입이 완성했다고 발표했다. 프로토타입이 완성됨으로써 핵융합로에 필수인 핵심 부품의 양산화를 위한 준비가 갖추어졌다.

ITER는 토카막형 핵융합로 실현을 위한 대형 국제 프로젝트. 일본, 유럽, 미국, 러시아, 중국, 인도, 한국 등 7개 국이 참가해 2034년경의 가동 개시를 목표로 개발이 진행되고 있다. 다이버터는 이 토카막형 핵융합로에 있어서 플라즈마 내의 불순물 이온을 배제하고, 플라즈마로부터의 고열 부하를 제열(除熱)하는 역할을 담당한다. 토카막형 장치 중에서 플라즈마에 직접 노출되는 유일한 기기이다. 가해지는 최대 열부하는 소행성 탐사선이 대기권에 진입할 때  는 것과 맞먹기 때문에 높은 내구성이 요구된다.

-- 다이버터 개발 포인트인 두 가지 신기술 --
이번 OVT 개발을 위해 QST 등은 내열성·제열성이 우수한 텅스텐 재료와 이를 냉각하기 위한 열전도성이 높은 크롬 지르코늄 구리 합금제 냉각관을 개발했다.

그러나, 텅스텐 재료와 구리 합금을 이용한 다이버터 개발은 1개의 기술로는 불가능했다. 개발의 포인트가 되는 기술은 2가지. 첫 번째는 텅스텐 모노블록를 고정밀도로 조립 및 굽히는 공법이다. OVT는 약 3,300개의 텅스텐 모노 블록을 조립해 제작. ITER 전체에서는 58기 분, 약 20만 개의 텅스텐 모노 블록을 마련했다.

텅스텐 모노블록 간의 단차가 크면 블록의 끝 부분에 플라즈마로부터의 열이 집중되어 텅스텐이 용해되어 버린다. 그래서 각각의 블록(플라즈마 대향재)의 형상을 고안해 엣지부의 열부하를 억제했다.

또한 굽힘 가공에 있어 미쓰비시중공업은 윤곽도(1mm)와 굽힘부의 텅스텐 모노블록의 틈새 공차를 ±0.2mm로 억제하는 엄격한 요구에 부응하는 고정밀 굽힘 공법을 개발했다.

두 번째는 새로운 이재(異材) 조인트 용접 기술이다. 냉각관에 사용하는 크롬 지르코늄 구리 합금은 매우 열전도율이 높아 용접 난이도도 높다. 그래서 미쓰비시중공업은 새로운 이재 이음 용접 기술을 개발했다. 이 기술은 스테인리스 합금제 배관과 크롬 지르코늄 구리 합금제 냉각관 사이에 니켈(Ni) 합금을 매개로 사용해 양자를 용접하는 기술이다. 미쓰비시중공업 원자력세그먼트핵융합추진실의 마에다(前田) 팀리더는 이번 기술 개발에 대해서 “기존의 기술과 함께 현장 인력들의 능력이 기술 개발로 연결되었다”라고 말했다.

-- 실제 기기의 양산화 추진 --
이번에 공개된 OVT는 ITER 기구의 인증 시험에 합격했다. OVT에 관련된 세계 최초의 인증이다. “다이버터는 핵융합로의 경제성을 결정하는 중요 기기이다”라고 QST의 ITER 프로젝트부 스즈키(鈴木) 차장은 말한다. 그는 “다이버터의 양산 준비에 대한 전망을 세움으로써 핵융합발전 실현에 한 걸음 다가갔다고 말할 수 있다. 실제 기기 크기의 프로토타입이 완성되었다. 향후에는 실제 기기의 양산화를 추진해 나갈 방침이다”라고 포부를 밝힌다.

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