Zama(일본 가나가와)에 있는 Faraday Factory Japan의 PLD 생산 현장을 방문하는 일관된 동료들

[뉴스에프엔 김익수 기자] 고온 초전도(HTS) 테이프가 핵융합 산업의 판도를 바꾸고 있다. 기존 저온 초전도체(LTS)로는 한계가 있었던 자기 감금 핵융합 자석 설계에서, HTS 테이프는 높은 자기장과 전류 밀도를 동시에 달성하며 원자로를 작고 효율적으로 만들 수 있게 한다. 이에 따라 청정 핵융합 에너지의 상업적 실행 가능성이 크게 앞당겨지고 있다.

최근 10년 동안 상용화된 다결정 REBCO(희토류 바륨 구리 산화물) 기반 HTS 테이프는 기존 LTS 테이프보다 높은 온도와 자기장에서 작동하며, 핵융합 자석의 성능을 획기적으로 향상시켰다. 자기장을 두 배로 높이면 원자로 부피가 40배 줄어드는 효과가 있어, 핵융합 프로토타입의 비용과 복잡성을 크게 낮출 수 있다.

HTS 테이프 제조에는 펄스 레이저 증착(PLD) 방식이 사용된다. PLD를 통해 수백 미터에서 1km에 달하는 테이프 기판 위에 몇 미크론 두께의 REBCO 층을 연속적으로 성장시켜, 고자기장에서도 높은 임계 전류 밀도를 구현할 수 있다.

Coherent의 LEAP 엑시머 레이저 플랫폼은 HTS 테이프 수요 증가에 대응하기 위해 개발되었다. 최신 LEAP 600W 시스템은 기존 300W 대비 처리량과 런타임을 두 배 이상 확대하며, 산업 규모 핵융합로의 HTS 테이프 생산 병목 현상을 해소한다.

핵융합 산업은 민간 자금 약 100억 달러 규모로 빠르게 성장하고 있으며, 2035년까지 상당수의 회사가 전력망에 전기를 공급할 것으로 전망된다. HTS 테이프는 자기 감금 핵융합 원자로를 작고 경제적으로 실현 가능하게 만들 뿐만 아니라, 고효율 전송 케이블, MRI/NMR 장치, 자기부상 열차, 전기 항공기 등 다양한 응용 분야에서도 혁신을 이끌 전망이다.

앞으로 수십만 킬로미터의 HTS 테이프 생산과 PLD 기반 기술의 확장은 청정 에너지 상용화와 전력 분산화, 탄소 배출 감축이라는 목표 달성의 핵심 열쇠가 될 것으로 기대된다.

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