• 전기의세계
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• 제45권7호
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• pp.12-17
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• 1996

핵융합 반응을 일으키기 위한 조건으로써는 핵융합 연료를 초 고온 (1억도 이상)의 플라즈마 상태로 그 밀도와 밀폐(반응)시간의 곱이 $10^{20}$sec/m$^{3}$ 이상에 도달하도록 핵융합 반응 공간내에 밀폐시켜야 한다[1]. 현재까지의 밀폐방식으로는 강력한 전자석의 전자력을 이용하는 자계 밀폐방식 (Magnetic Confinement)과 레이져등을 이용하는 관성 밀폐 방식(Inertial Confinement)이 있다. 강력한 자장 발생이 용이한 특징을 지닌 초전도자석이 요구되는 자계 밀폐방식에도 여러가지 방식이 있으나, 크게 분류해 보면 원환체 (Torus)상의 자장을 발생시키는 토러스 밀폐방식과 직선상의 자장을 발생시키는 개방형 밀폐방식으로 대별되며 그 중에서도 핵융합 반응을 일으키기 위한 조건에 가장 근접한 플라즈마를 실현시키고 있는 토러스 밀폐방식의 일종인 토카막(Tokamak) 핵융합장치용 초전도자석에 대해 고찰한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 추계학술대회
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• pp.222-223
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• 2010

KSTAR NBI 시스템은 플라즈마의 온도를 높여 주기 위해 고 에너지의 중성 입자빔을 만들어서 토카막 플라즈마에 투입시키기 위한 중성 입사 장치이다. NBI 아크 전원 공급장치는 토카막 내부에 플라즈마를 만들어 주는 역할을 하는데 본 논문에서는 3상 다이오드 정류기, LC필터, 2.4kW급 6 병렬 벅 컨버터로 설계하여 시뮬레이션과 실험을 통하여 확인 하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.109-110
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• 2018

ITER 토카막의 초전도코일에 전원을 공급하는 Plant는 CCPS (Correction Coil Power Supply System), TFPS(Toroidal Field Power Supply System), PFCS(Poloidal Field & Central Solenoid)으로 구성되어 있다. 각 Plant의 AC/DC 컨버터는 초전도 코일에 막대한 전류를 흘려 토카막 내에서 1억도에 달하는 열과 전자장의 압력으로 플라즈마상태의 수소를 결합시켜 핵융합에 도달하도록 한다. MCS(Master Control System)은 플라즈마가 핵융합을 잘 구현할 수 있도록 초전도 코일에 공급하는 전원을 총괄적으로 제어한다. 특히 PFCS MCS는 토카막 장치에서 다른 Plant와의 Interface가 복잡하여 설계 및 제작에 어려움이 많다. 본 논문에서는 PFCS MCS가 ITER의 설계요건과 국제기술기준에 맞게 설계하고, 제작하였는지를 확인하기 위해 공장에서 최종 검사하는 FAT(Factory Acceptance Test) 절차를 소개하고 여러 가지 시험을 통하여 평가한 내용을 보이고자 한다.

• 핵융합뉴스레터
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• 통권47호
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• pp.22-23
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• 2010

2010년 봄, 국제 공동실험연구를 목적으로 중국이 시작한 중국의 핵융합장치 EAST 토카막 캠페인. 세계의 많은 핵융합 전문가들이 참여한 이 캠페인에는 우리 연구소 가열시스템 개발팀 도희진 연구원도 포함되어 있었다. 그녀가 본 ASIPP연구소와 중국이 자랑하는 핵융합장치 EAST의 모습은 어떠했을까.

• 한국초전도저온공학회지:초전도와저온공학
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• 제11권1호
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• pp.31-37
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• 2009

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.205-205
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• 2012

Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 장치는 국내 유일의 초전도 자석을 이용한 핵융합 연구 장치로서 초고온의 플라즈마를 생성하여 차세대 에너지원인 핵융합 에너지를 획득하는 것을 목표로 두고 있다. 플라즈마를 생성부터 유지하기 위해서는 수소 동위원소를 토카막 내부로 공급해 주어야 하는데 이러한 수소동위원소를 "연료"라 부르며, 이 연료를 토카막 내부로 공급해 주는 시스템을 연료주입 시스템(Fueling System)이라고 한다. KSTAR에서는 토카막 내부로 고속의 연료 주입이 필요하고 정밀한 양의 연료를 공급하는 밸브를 사용하여야 하며, 이러한 밸브를 제어 할 수 있는 제어기를 필요로 한다. 위의 사항에 적합한 피에조 밸브(Piezoelectric Valve)는 2 msec 이내의 개폐시간과 500 Torr ${\ell}$/s 이상의 유량을 흘려줄 수 있는 피에조 밸브로 압전소자에 가해지는 전압(0~250 V)에 따라 변위의 양에 비례하여 연료가 진공용기 내로 유입된다. 압전소자의 변위는 최대 140 ${\mu}m$로 최적화되어 있어야 하며, 정전용량(Capacitance)는 30~40 nF이어야 한다. 또한 소자에 힘(Force)를 가해 최대 7 N으로 136 ${\mu}m$의 변위를 가진 소자를 사용해야 한다. 피에조 밸브의 특성으로는 아날로그 신호로 작동이 되어야 하며, 유량신호를 피드백하여 밸브의 구동 전압을 정밀하게 제어 되어야 한다. 피드백 제어를 위해 압력센서는 XCS-190 Series를 사용하여 낮은 유량에서도 민감하게 반응하도록 제작하였으며, 고전압이 유기 되었을 때 제어기를 보호하기 위한 정션박스를 설치하였다. 밸브 제어기는 피에조 밸브의 개방 속도를 높이기 위해 밸브 구동 전압을 순간적으로 높이는 POP 전압을 생성하는 기능과 유량 신호를 피드백해서 밸브 구동 전압을 정밀 제어 하는 기능을 가지고 있다. 제어장치는 아날로그 및 디지털 제어회로의 전원용 +15 V DC와 밸브 구동용 +250 V DC 출력용의 전원 공급 장치(Power supply unit), 펄스 및 트리거 신호를 생성하는 Master Programmer unit), Pop 전압과 피드백의 중요한 기능을 수행하는 Valve controller unit로 제작 되었다. 피에조 밸브와 제어기는 상호 작용하여 동작을 원활히 할 수 있도록 특성 실험을 진행하여야 하며, 진공상태에서 Lack의 유무를 확인하여야 한다. 현재 개발 제작된 밸브의 진공누설시험 및 특성실험을 진행하고 있으며, KSTAR 5차 캠페인에 적용할 계획이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.295-295
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• 2010

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 토카막에 설치되어 있는 ICRF(Ion Cyclotron Range Frequency) 시스템을 이용한 방전세정을 2008년에 이어 2009 KSTAR 플라즈마 campaign 동안에도 시행하였다. ICRF 시스템을 이용한 방전세정인 ICWC(Ion Cyclotron Wall Cleaning)는 ITER와 DEMO 같은 초전도 자석을 이용하는 토카막에서 토카막 shot 중간에 자장을 낮추지 않고 바로 방전 세정을 할 수 있는 방법이다. 토카막에서 방전세정은 탄소나 산소 화합물과 같은 불순물을 제거하여 방사에 의한 플라즈마 냉각을 막고 토카막 초기 start-up시 진공 챔버 벽면으로부터 의도하지 않은 연료주입을 제거하는 역할을 한다. 본 연구에서는 ICWC 방전 세정 플라즈마의 밀도특성과 균일도를 간섭계와 $H_{\alpha}$ line 세기를 통해 관측하고 RGA를 통해서 C, $H_2O$, $O^2$ 불순물의 제거량을 파악하는 한편 토카막의 신뢰성 있는 start-up을 위해 요구되는 벽면에서 토카막 방전가스의 제거량을 HD양을 통해서 조사하였다. 플라즈마 선적분 밀도는 약 $1{\sim}3{\times}10^{17}#/m^2$로 측정되었는데 이는 보통 He을 이용한 방전세정 플라즈마의 밀도에 해당한다. 한편 $H_{\alpha}$ line의 세기를 통해 ICWC 방전 플라즈마의 균일도를 살펴본 결과 안테나 전류띠의 중간이 아닌 끝부분에서 $H_{\alpha}$의 세기가 큰 것으로 나타났는데 이는 ICWC 플라즈마가 Inductive 방전보다는 capacitive 방전에 의해 생성되는 것으로 추정된다. ICWC 방전에서 C, $H_2O$, $O_2$ 불순물의 제거율은 각각 약 $4.2{\times}10^{-5}\;mbar{\cdot}l/sec$, $1.4{\times}10^{-3}\;mbar{\cdot}l/sec$ 그리고 $1.72{\times}10^{-4}\;mbar{\cdot}l/sec$로 각각 나타났는데 ICWC shot이 진행될수록 이 양은 점점 줄어들었다. 대표적인 He/$H_2$, He ICWC 방전 shot인 2118, 2123 shot에서 벽면에서 $D_2$의 제거율은 각각 약 $0.12\;mbar{\cdot}l/sec$와 $3.9{\times}10^{-3}\;mbar{\cdot}l/sec$로 나타났다. 이는 수소의 첨가로 인해 HD의 형태로 $D_2$의 제거율이 증가되었기 때문이다. 한편 $H_2$의 첨가는 챔버 벽면에 흡착되는 $H_2$ 양을 또한 증가시키므로 차후에 $H_2$ 만을 제거하는 He ICWC를 수행해야 할 것이다.

• 핵융합뉴스레터
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• 통권47호
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• pp.16-17
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• 2010

선선한 가을바람이 조금씩 불어오는 9월의 어느 날, ITER 한국사업단 토카막기술부 진공 내벽기술팀원들이 한자리에 모였다. 장난기 가득한 미소를 띠며 앉아 있는 이들은 요즘 ITER 프로젝트로 눈코 뜰새 없이 바쁜 나날을 보내고 있는 ITER 진공 내벽기술팀. 한창 바쁜 요즘이지만 긴장과 피로에 지친 모습은 이들에게서 찾아보기 힘들다. 대신 서로에 대한 관심과 애정으로 가득한 모습을 볼 수 있었다.

• 핵융합뉴스레터
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• 통권47호
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• pp.14-15
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• 2010

1997년부터 KSTAR 장치 개발에 참여해 진공함침금형과 KSTAR 토카막 주장치 조립을 위한 공학설계 및 조립과 제작 등을 성공적으로 수행한 (주)SFA(대표이사 배효점)는 국가핵용합연구소를 위시한 국가 연구소와 삼성, 현대, LG 그룹 및 POSCO 등 국내 대기업과 해외 총 15개국에 납품실적과 단독공사 수행 경험을 보유한 종합엔지니어링 회사로 KSTAR 참여를 통해 향후 핵융합발전소 건설에도 중추적인 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1992년도 학술발표회 초록집
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• pp.88-94
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• 1992

최근 KAERIT토카막은 토로이달 및 폴로이달 코일 전원의 용량을 확장하고 이에 따른 토로이달코일의 기계적 지지구조의 강화 그리고 진공용기 관련 사항들을 개선하는 일을 마감하였다. 확장된 각 전원의 실험적 특성이 논의되고 현재 진행중인 토카막 실험의 내용과 함께 그동안 KAERIT에서 이루어진 플라즈마 실험들이 개괄된다.