2015년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)

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의 안 번 호 제 3 호 심 의 사 항 접 수

년 월 일

2015. 5. 6.

(제9회)

2015년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)

국가핵융합위원회

제 출 자 미래창조과학부 장관 제출년월일 2015. 5. 6.

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1. 심의주문

○ “2015년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)”을 별지와 같이 심의함 2. 심의이유

○ 핵융합에너지개발진흥법 제5조에 따라 “2015년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)”을 심의하려는 것임

3. 주요내용

(1) 수립 개요

○ `15년 시행계획은 “제2차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획”의 4대 전략 및 9개 중점과제와 관련이 있는 4개 사업^*을 중심으로 수립

※ ①KSTAR 연구, ②ITER 공동개발사업, ③기초연구․인력양성(대학중심 핵융합 기초연구 및 인력양성), ④핵융합(연) 기관수행 사업

(2) 2014년도 주요 추진실적

□ 투자실적 : 4개 핵융합 관련 사업에 1,249억원 투자

※ ITER 사업(53%) 및 KSTAR 연구(28%) 중심으로 투입 (전체의 81%)

(단위 : 백만원)

사 업 명 ‘13년 '14년 비중(%)

 KSTAR 연구 32,714 34,404 28

 ITER 공동개발 사업 84,200 66,400 53

 대학중심 핵융합 기초연구 및 인력양성지원 사업 6,700 5,712 5

 국가핵융합연구소 기관고유 사업 15,069 18,349 14

합 계 138,683 124,865 100

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□ 주요 추진실적

○ (KSTAR) H-mode 플라즈마^*의 장시간 운전_{(45초 운전)}과 플라즈마 경계면 불안정 현상₍_ELM)^** 5초 제어 등 주요 운전 시나리오 달성

* 에너지와 입자 밀폐성능이 2배정도 개선된 플라즈마 → 핵융합반응이 보다 용이

** ELM(Edge-Localized Mode) 발생 시 고에너지 입자에 의한 대면재 손상 및 플라즈마 성능 저하 ⇒ ITER 및 DEMO 장기운영 위해서는 ELM 억제기술 필수

< 연도별 H-모드 플라즈마 장시간 운전 결과 비교 > <2014년 ELM 억제 5초 달성 결과>

○ (ITER) 국내 산업체를 통한 조달 품목의 적기 개발 제작 진행 및 핵심 기술 확보, 적극적 해외 수주 지속

※ 초전도 도체 조달 완료(`14.12월), 블랑켓 차폐블록(`14.12월) 및 진공용기 포트(`14.12월) 산업체 계약 체결, ITER 비조달 핵심분야 기술추적(6개분야 16개 과제) 진행 등

※ ITER 기구 및 참여국으로부터 총 15건, 약 308억원 규모의 연구 서비스 용역 및 물품제작 수주로 ‘07년 이후 ’14.12월까지 누적 수주액은 82건, 3,075억원 규모

○ (기초연구 인력양성) 핵융합 난제 분야 연구거점 구축 및 핵심 전략 분야 지원 강화, 전문 인력 양성 프로그램 착수

※ 주요 정량성과 : SCI 논문(62건), 석․박사 배출(38명), 국제교류(45명) 등

○ (핵융합연구소 기관수행사업) 핵융합 실증로(K-DEMO) 개념 및 기반 기술연구, 플라즈마 응용기술을 활용한 중소기업 지원 인프라 구축

* 산업체 활용이 가능한 플라즈마 물성 DB구축, 관련 장치 및 공정개발, 기술 로드맵 도출 등

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(3) 2015년도 추진계획

기 본 방 향 기 본 방 향

◇ KSTAR 연구역량 강화, ITER 선행연구장치로서의 위상 확립

◇ ITER 조달 품목 개발 제작 및 핵심기술 개발 지속 추진

◇ 핵융합 기초연구 역량 제고 및 인력 양성, 실증로 기반기술 확보 지속

◇ 핵융합 파생기술 관련 사업화 창업 지원 강화 등을 통한 창조경제 구현

□ (KSTAR) KSTAR 공동실험 및 1MA급 H-mode 플라즈마 제어 안정화를 통한 ITER 및 핵융합로 설계 핵심기술 선도

※ 경계면 불안정 현상(ELM) 제어 10초 이상 확대, KSTAR의 대용량 데이터를 실시간 으로 저장, 분석, 시각화 가능한 빅데이터 플랫폼 및 소프트웨어 개발

○ 안정적 플라즈마 유지를 위한 플라즈마 형상제어 및 대전력 저장공급 장치(Motor Generator) 최적화로 1MA급 H-모드 플라즈마 운전(∼‘17년)

□ (ITER) 조달 품목 개발ㆍ제작 및 필요 핵심기술 개발, ITER 사업을 통한 전문 인력 양성 및 해외 수주 지속 추진

○ 블랑켓 차폐블록 제작 착수 등 조달 품목 제작 지속 추진, ITER 국제기구 조달정보 제공 및 국내기업 입찰 지원, 용역수주 직접참여 등

※ ITER 비즈니스포럼(3월), 입찰설명회(5월), 국제핵융합로공학학술대회(9월) 등

□ (기초연구 인력양성) 타 분야와의 공동·융합 연구를 확대, 인력양성 프로그램 체계화, 사업의 성과 제고를 위한 조치 강화 등

※ 전년 대비 공동연구 관련 예산비중 확대(‘14년, 14억원(24%) → ’15년, 23억원(34%))

□ (핵융합연구소 기관수행사업) 한국형실증로(K-DEMO) 개념설계 및 기반연구 지속, 플라즈마 응용기술을 활용한 사업화 창업 중점 지원^*

* 의류/산업/농식품용 플라즈마 활용기술 기반 마련, 산학연 멘토링 플라즈마기술교류회 등 중소기업 협력 기반 강화

4. 참고사항

○ 관련규정 : 핵융합에너지 개발진흥법 제5조

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제9회 국가핵융합위원회 심의안건

2015년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)

2015. 5. 6.

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(9)

목 차

I. 수립 개요 ··· 1

II. 2014년도 주요 추진실적 ··· 4

III. 2015년도 주요 추진계획 ··· 9

IV. 세부사업별 시행계획 ··· 12

1. KSTAR 연구 ··· 12

2. 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업 ··· 17

3. 핵융합 기초연구 및 인력양성 지원사업 ··· 21

4. 핵융합(연) 기관수행사업 ··· 25

(10)

(11)

I

수립 개요

가. 수립 배경

□ 미래창조과학부는 핵융합에너지개발진흥법(제4조)에 따라 5년 단위

「핵융합에너지 개발진흥 기본계획」을 수립

○ ‘12~’16년에는 “제2차 핵융합에너지 개발진흥 기본계획(`12~`16)”(`11.12월)에 따라 “KSTAR와 ITER를 활용한 핵융합 기반기술 연구 개발” 추진

※ 1차 기본계획 수립 시 30년(’07∼‘36) 장기 정책 목표 설정

< 제2차 핵융합에너지 개발진흥 기본계획(`12~`16) 비전 및 목표 >

□ 매년 「핵융합에너지 개발진흥 기본계획」에 따른 전년도 추진실적과 당해연도 시행계획을 수립 보고 (핵융합에너지개발진흥법(제5조))

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나. 대상기관 및 사업

□ 대상기관 : 미래창조과학부

□ 대상사업

○ “제2차 핵융합에너지개발진흥기본계획” 4대 전략 및 9개 중점 과제와 관련된 4개 분야 주요사업

* ①KSTAR 연구, ②ITER 공동개발사업, ③기초연구․인력양성(대학중심 핵융합 기초연구 및 인력양성), ④핵융합(연) 기관고유 사업

4대 전략 연계사업

① ② ③ ④ [전략 1] KSTAR 고성능 플라즈마 달성 및 DEMO 기초기술 개발 O O O

[전략 2] 핵융합 기초연구 및 인력양성 확대 O O

[전략 3] 국제협력 활성화 및 ITER 건설사업 주도 O O O

[전략 4] 핵융합·플라즈마 기술 사업화 촉진 및 사회적 수용성 제고 O

다. 수립 절차

▪’15년도 시행계획 수립지침 통보('14.12) 미래창조과학부

⇩

▪해당 사업별 시행계획(안) 수립·제출('15.1) 관계 부처 기관

⇩

▪’15년도 시행계획(안) 마련('15.2) 미래창조과학부

⇩

▪’15년도 시행계획 심의·의결('15.4) 국가핵융합위원회

(실무위원회)

(13)

<참고> 제2차 핵융합에너지개발진흥기본계획 4대 전략 및 9개 중점과제

전략 1 KSTAR 고성능 플라즈마 달성 및 DEMO 기초기술 개발

1-1 KSTAR 50초 이상 운전 및 고성능 H-mode 제어기술 확보 1-2 ITER 핵심기술 확보 및 부품 조달

1-3 DEMO 핵심기술 개발 체계 및 기반 구축

전략 2 핵융합 기초연구 및 인력양성 확대

2-1 핵융합 기초·이론 연구 활성화 및 다양화 2-2 핵융합 전문인력 양성 및 연구개발 기반 구축

전략 3 국제협력 활성화 및 ITER 건설사업 주도

3-1 양자 및 다자간 국제협력 체계 구축 및 신규 프로그램 발굴 3-2 ITER 사업 운영에서 핵심적 역할 강화

전략 4 핵융합·플라즈마 기술 사업화 촉진 및 사회적 수용성 제고

4-1 핵융합․플라즈마 기술의 사업화 및 신산업 창출 4-2 핵융합 안전 체계 확보 및 사회적 수용성 제고

(14)

II

2014년도 주요 추진실적

1. 투자 실적

◆ 4개 핵융합 사업에 총 1,249억원 투자

◆ ITER 사업(53%) 및 KSTAR 연구(28%) 중심으로 투입_(전체의_81%)

사 업 명 ‘13년 '14년 비중(%)

 KSTAR 연구 32,714 34,404 28

 ITER 공동개발 사업 84,200 66,400^* 53

 대학중심 핵융합 기초연구 및 인력양성지원 사업 6,700 5,712 5

 국가핵융합연구소 기관고유 사업 15,069 18,349 14

합 계 138,683 124,865 100

* 원전 수입금 축소 따른 원기금 지출 감액(△200억원)으로 인해 축소 (당초 864 → 조정 664억원)

2. 주요 추진실적

 (KSTAR) 효율적 핵융합에너지 발생을 위한 H-mode 플라즈마의 장시간 운전₍_{45초 운전)}과 ELM 5초 제어 등 핵융합 운전능력 확보

 (ITER) 참여국 중 최초로 조달 완료(`14.12월, 초전도 도체) 및 블랑켓 차폐 블록 산업체 제작ㆍ계약 체결(`14.12월), 총 15건 308억 해외용역 수주 등

 (기초연구·인력양성) 핵융합 난제(노심, 가열 및 진단, 디버터 등) 분야 연구 거점 구축, 장단기 인력양성 프로그램 착수

 (핵융합연구소) 핵융합 실증로 기술개발 선도를 위한 핵심 기반기술 연구 및 저온 플라즈마 등 핵융합 파생기술 활용 기반 조성

(15)

1. (KSTAR 연구) 핵융합에너지 공학‧물리적 난제에 대한 해결방향 제시

□ 향후 국제핵융합실험로(ITER)의 성공적 운영을 위해 선행되어야 하는 H-mode 플라즈마 장시간 운전 및 플라즈마 안정제어 기술 확보

○ 가열장치 성능향상을 통해 고성능 H-mode 플라즈마^* 45초 운전 달성

(`16년 목표 대비 95%) 등 핵융합 연구장치의 장시간 운전 능력 확보

○ 진공용기내부의 제어코일을 이용한 플라즈마 경계면 불안정 현상 (ELM) 제어(5초 유지)로 안정적 운전기술 확보 및 설비 운영비 절감

※ ELM(Edge-Localized Mode) 발생 시 고에너지 입자에 의한 대면재 손상 및 플라즈마 성능 저하 ⇒ ITER 및 DEMO 장기운영 위해서는 ELM 억제기술 필수

< 연도별 H-모드 플라즈마 장시간 운전 결과 비교 > <2014년 ELM 억제 5초 달성 결과>

□ 플라즈마 전류가 1MA(Mega Ampere)급 이상인 고성능 플라즈마 구현을 위한 KSTAR 장치 성능고도화 진행 중 (’14 ∼ ‘16년)

○ PF/CS 초전도 자석과 연계된 대형 전력저장 공급장치를 구축 활용 으로 고성능 플라즈마 구현을 안정적으로 수행

○ 플라즈마 감금 효율 향상에 영향을 미치는 플라즈마 운전 안정계수^⁕ 개선_{(‘14년 2이하)}을 통해 KSTAR 장치의 우수성 입증

⁕ 안정계수(safety factor)가 낮을수록 주어진 자기장에서 높은 플라즈마 전류 생성 가능

(16)

2. (ITER 사업) 조달품목 적기 제작 진행 및 핵심기술 개발 지속 추진

□ 우리나라 할당 조달품목의 적기 개발·제작 진행

○ ITER 참여국 중 최초 초전도 도체 조달 완료(`14.12월), 블랑켓 차폐블록(`14.12월) 및 진공용기 지지구조물(`14.12월) 산업체 계약 체결

○ 우리나라 조달품목 제작에 국내 34개 산업체(중소기업 32개) 인력 361명

(중소기업 307명) 참여 등을 통해 국내 산업체 인력의 질적 수준 향상

○ 국내 산업체를 통해 6개 품목 제작 진행

※ 진공용기본체ㆍ포트, 조립장비류, 열차폐체, 전원공급장치, 블랑켓 차폐블록

□ 비조달 핵심분야 기술 추적·개발 및 블랑켓 시험모듈(TBM*) 약정체결

* TBM(Test Blanket Module) : 핵융합로 노심을 둘러싸고 있는 장치로, 삼중 수소 증식, 에너지 변환․추출, 방사선 차폐 등의 중요 기능을 실험

○ DEMO(핵융합발전실증로) 및 상용로 개발시, 필요한 핵심기술 중심의 기술추적을 위해 비조달 6개 핵심 분야에 16개 과제 수행

※ 서울대, 원자력(연), 대성산업가스 등 10개 산·학·연에서 비조달 사업 참여

○ ITER 국제기구와 한국 사업단 간 TBM 관련 양해각서체결^(’14.5월)

* 한국은 헬륨으로 냉각하는 고체형 TBM 개발 주도 중

□ ITER기구 국내 전문가 파견 및 ITER 사업을 통한 적극적 해외수주 확대

○ 우리나라 조달품목 관련분야 및 전문분야인 플랜트시스템 엔지니어링 및 토카막 분야 등에 파견되어 근무 중

※ 총 33명(P급 27명, G급 6명)의 인력이 ITER 국제기구 파견근무 중(’14.12월 기준)

○ ITER 국제기구 및 타 참여국으로부터 총 15건, 약 308억원 규모의 연구 서비스 용역 및 물품제작 수주(`14.12월 기준)

※ ‘07년-’14.12월까지 총 82건(3,075억원)의 연구․서비스용역, 물품제작 수주(누적)

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3. (기초연구 및 인력양성) 핵융합 기초연구 역량 강화 및 저변 확대

□ 핵심 분야의 연구거점 구축과 창의적인 연구활동 지원을 통한 국내 핵융합에너지 연구 역량 강화

○ 전략적 추진이 필요한 핵심연구분야를 지정하고 핵융합에너지 난제 연구분야 (노심, 가열 및 진단, 디버터 등) 거점센터 3개 선정

※ 주요 정량성과 : SCI 논문(62건), 석․박사 배출(38명), 국제교류(45명)

○ 다양한 학문분야의 통합이 필요한 핵융합에너지 개발을 위한 공동·

융합 연구 활성화 및 창의적이고 도전적인 개인연구 신규지원 강화

○ 핵융합 분야 전문인력양성 지원 강화를 위한 과제(3억원) 착수 및 성과공유 및 교류활성화를 위한 핵융합기초연구 세미나 개최_(‘14.8)

4. (핵융합연구소 기관고유사업) 핵융합 실증로 및 플라즈마 기술연구 추진

□ 향후 독자적인 핵융합 발전소 건설 기반 마련을 위한 한국형 핵융합 실증로(K-DEMO) 개념설계 연구 지속 추진

○ 플라즈마 운전제어, 초전도자석 시스템, 증식 블랑켓, 디버터 분야, 동력계통 해석 및 안정성 평가기술 분야 등에 대한 개념 설계 수행

□ 산업적 활용이 가능한 플라즈마 물성 DB를 구축(IAEA 협력연구)하고, 플라즈마 관련 중소기업과의 협력기반 및 지원 인프라 구축

○ 핵융합 및 산업체에 필요한 원자 및 분자의 충돌 물성 데이터 수집

(3,000건) 및 데이터 평가_(108건) 수행

○ 플라즈마 기술 특허 분석, 기술 로드맵 도출 및 기술 수요조사를 통해 선도적 R&BD 지원, 유관 기관 협력 체계 구축

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<붙임 1> 주요사업별 추진 실적 비교

구 분 지 표 ’13년 ’14년

1. KSTAR 연구

플라즈마

전류 0.5MA 0.5MA

유지시간 24초(H-mode: 20초) 47초(H-mode: 45초)

가열능력 6㎿ 7㎿

공동실험

(접수/수행) 113건/90건 116건/108건

2. ITER 공동개발사업

조달 건수

우리나라 조달품목 10개 중 8번째 품목 조달약정 체결

조달품목 1개(초전도도체) 조달 완료

수주 규모

(누적)

12건, 1,056억원 (총 67건 2,767억원)

15건, 308억원 (총 82건 3,075억원) 파견 인력

규모

ITER 국제기구 총 8명 (총 32명 근무)

ITER 국제기구 총 2명 (총 33명 근무)

체계구축

비조달 핵심기술, TBM 운전단계기술 개발 및 추적

비조달 핵심기술 연구‧개발 추진, TBM 약정체결(ITER) 및 개념설계 완료

3. 핵융합기초연구 및 인력양성 사업

배출인원

인력양성(39명)

- 석사(22명), 박사(17명)

국제교류 - 공동연구(18명) - 해외교육/연수(13명) - 해외연구자 유치 및

초청(12명)

인력양성(40명)

- 석사(31명), 박사(7명)

국제교류 - 공동연구(22명) - 해외교육/연수(7명) - 해외연구자 유치 및

초청(16명) 연구지원

거점센터 4개 학연공동연구 4개 개인기초연구 18개 과제 지원

거점센터 3개

학연공동연구 5개 (신규 3개) 개인기초연구 17개(신규 6개) 과제 지원

4. 핵융합(연) 기관수행사업

기술 이전

플라즈마 활용 기술 산업체 이전 1건

기술지도 5건

플라즈마 활용 기술 산업체 이전 10건

기술지도 128건 국제협력 국제공동연구 협정/협약

체결 11건

국제공동연구 협정/협약 체결 7건

지원 정책마련

핵융합 R&D 정책 연구 및 기획 강화

- 핵융합․가속기 산업 생태계 활성화 방안 연구

- 핵융합실증로(DEMO) R&D 사업 예비타당성 조사 연구 등

핵융합 R&D 정책 연구 및 기획 강화

- 한국핵융합·가속기기술진흥 협회(KAFAT) 설립 지원 - KSTAR 심층평가 대응 및

미래비젼 수립 등

(19)

III

2015년도 주요 추진계획

1. 중점 추진방향

기 본 방 향 기 본 방 향

◇ KSTAR 연구역량 강화, ITER 선행연구장치로서의 위상 확립

◇ ITER 조달 품목 개발 제작 및 핵심기술 개발 지속 추진

◇ 핵융합 기초연구 역량 제고 및 인력 양성, DEMO 기술 확보 지속

◇ 핵융합 파생기술 관련 사업화 창업 지원 강화 등을 통한 창조경제 구현

□ (KSTAR) KSTAR 공동실험 및 1MA급 H-mode 플라즈마 제어 안정화를 통한 ITER 및 핵융합로 설계 핵심기술 선도

※ 경계면 불안정 현상(ELM) 제어 10초 이상 확대, KSTAR의 대용량 데이터를 실시간 으로 저장, 분석, 시각화 가능한 빅데이터 플랫폼 및 소프트웨어 개발

○ 안정적 플라즈마 유지를 위한 플라즈마 형상제어 및 대전력 저장공급 장치(Motor Generator) 최적화로 1MA급 H-모드 플라즈마 운전(∼‘17년)

○ 국내외 핵융합 연구 협력 및 플라즈마 분야 난제 해결 통해 KSTAR 의 연구 성과 질적 수월성 제고 및 핵융합기술 선도방향 정립

□ (ITER) 조달 품목 개발ㆍ제작 및 필요 핵심기술 개발, ITER 사업을 통한 전문 인력 양성 및 해외 수주 지속 추진

○ 블랑켓 차폐블록의 본격적 제작 착수 및 진공용기 본체/포트, 열차 폐체, 전원공급장치 등 주요 조달 품목 제작 지속

※ IVC 버스바 조달약정 체결 예정(’15.12월), 진단장치 및 삼중수소 예비설계 진행

○ ITER 국제기구 조달정보의 적기제공 및 국내기업 입찰 지원, 용역 수주 직접참여 등을 통한 수주 확대

※ ITER 비즈니스포럼(3월), 입찰설명회(5월) 국제핵융합로공학학술대회(9월) 계기 등 활용

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□ (기초연구 인력양성) 핵융합 기초연구 역량 강화 및 융합연구 확대

○ 타 분야와의 공동·융합 연구를 확대하고 ‘14년 착수한 인력 양성 프로그램 본격 추진

○ 연구개발 동향 및 성과공유를 위한 학술교류 확대, 사업성과 제고를 위한 인센티브 및 제재 강화

- 우수 성과과제에 대한 후속연구 지원 기회를 확대하고, 평가 결과에 따라, 연구비 증·감액 및 지원중단 등 제재조치 강화

□ (핵융합연구소 기관수행사업) 한국형실증로(K-DEMO) 개념 및 기반기술 연구 지속, 플라즈마 응용기술을 활용한 창조경제 기여

○ K-DEMO 개념개발을 위한 통합 시뮬레이터 개발 추진, K-DEMO 블랑켓 및 신개념 디버터 (X-divertor)를 위한 핵심기술 연구

○ 농식품 생산성 향상, 관리 기술 고도화, 안전성 확보, 플라즈마 Farming 플랫폼^* 구축을 위한 _(비)활성/살균 기술력 제고

* 농식물 생산에서부터 수확, 포장에 이르는 전주기에 플라즈마를 활용한 (비)활성 및 살균기술을 개발하여 국민들에게 안전한 먹거리 환경을 조성

○ 산 학 연 중소기업 멘토링지원, 기술커뮤니티 및 네트워크 확장, 핵융합 플라즈마 기술교류회 등 중소기업 협력기반 강화

- 플라즈마 분야 중소기업 애로기술 해결 및 맞춤형 R&BD 지원 체계 고도화, 플라즈마를 활용한 중소기업 창업 유도

※ 중소기업 상생한마당, 핵융합·가속기 포털(ACE 포털) 등 기 구축된 중소기업 지원프로그램 운영 활성화 방안 모색

○ 구축된 200kWe급 플라즈마 석탄 가스화 시험 플랜트의 성능을 개선 하여 가스화 효율 70% 이상 및 탄소 전환율 90% 이상 달성

(21)

2. 투자계획

□ '15년 투자 예산은 1,424억원 규모이며, '14년 대비 14% 증가

○ ITER 사업(59%), KSTAR 연구(25%) 등을 중심으로 투자 지속

※ 14년 ITER 당초예산(864억) 기준시, 전년대비 ∆1.6% 감액

구 분 사업명 ’14년 ’15년 비고

1. KSTAR 연구

1-1. KSTAR 공동실험 및 플라즈마

연구사업 16,604 19,604

핵융합(연)

1-2. KSTAR 장치운영 및 성능향상 17,800 14,800 기관고유

1-3. 핵융합 플라즈마 난류 및

수송현상의 통합적 연구 - 1,250

소 계 34,404 35,654

2. ITER

공동개발사업

2-1. 장치 개발 제작 및 조달 이행 56,600 74,800 _{원자력기금}^일반회계^, 2-2. ITER 핵심기술개발 및

사업운영․관리 9,800 9,800 _{(부처임무형)}^묶음예산

소계 66,400 84,600

3. 핵융합

기초연구·인력양성

3-1. 핵융합 기초연구 및 인력양성지원 5,712 6,712 ^일반회계

소계 5,712 6,712

4-1. 핵융합 실증플랜트 설계개념

및 기반 기술 연구사업 1,367 1,367

핵융합(연) 기관고유

4-2. 플라즈마 기술 연구사업 10,902 10,527

4-3. 창의연구사업 1,600 1,600

4-4. WCI(World Class Institute) 사업 2,480 - ^{미래부 수탁} 4-5. NAP(National Agenda Project) 사업 2,000 2,000 ^{연구회 수탁}

소 계 18,349 15,494

합 계 124,865 142,460

(22)

IV

세부사업별 시행계획

Korea Superconducting Tokamak Advanced Research

1. KSTAR 연구

(차세대초전도핵융합연구장치)

1. 사업 개요

□ 사업 목표와 필요성

○ 핵융합 플라즈마 연구를 통해 ITER 및 핵융합로를 위한 핵심기반기술 마련 - 핵융합 연구 장치 통합운전기술 역량제고, 국제 핵융합에너지 공동

연구 장치로서 기반조성 및 위상강화

- 초고온 고밀도 플라즈마 장시간 운전기술개발을 위한 가열 및 진단장치 등 부대장치의 단계적 성능 향상

□ 주요 내용

○ 고성능 장시간 운전기술 개발 및 실용화 연구를 통한 핵융합 원천기술 개발

○ KSTAR 주장치(토카막), 부대장치(가열 진단장치) 및 부대설비_{(냉각시스템,}

전원장치)의 성능고도화 연구 및 운영

○ 초전도 토카막 장치의 핵심 운영기술 개발과 핵융합 발전로 개발 및 운영을 위한 인력 양성 지속

○ 플라즈마 난류 현상 해결 등 핵융합 플라즈마 제어 이슈 해결

□ 지원 근거

○ 핵융합에너지개발진흥법 제8조

○ 제2차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(국가핵융합위원회/ '11.12월)

○ 기초과학연구진흥법 제9조

(23)

2. 2014년도 추진실적

□ 정성적 성과

○ 효율적 핵융합에너지 발생을 위한 H-mode 플라즈마^*의 장시간 운전과 진공용기 대면재_(디버터)의 열부하 성능 개선 연구 수행

- 가열장치 성능향상을 통해 H-모드 45초 성공(플라즈마 전류 0.5MA)

※ 2차 진흥기본계획 최종 목표(’16년, 50초 이상)대비 90% 달성

- 진공용기내부의 제어코일을 이용한 플라즈마 경계면 불안정 현상 (ELM) 제어(5초 유지)로 안정적 운전기술 확보 및 설비 운영비 절감

※ ELM(Edge-Localized Mode) 발생 시 고에너지 입자에 의한 대면재 손상 및 플라즈마 성능 저하 ⇒ ITER 및 DEMO 장기운영 위해서는 ELM 억제기술 필수

구분 '08년 '09년 '10년 '11년 '12년 '13년 '14년 플라즈마 전류 100kA 320kA 500kA 500kA 600kA 500kA 600kA 플라즈마 총 유지 시간 0.3초 3.6초 5초 12초 21초 24초 47초

H-mode 유지 시간 - - 1초 5.5초 17초 20초 45초

○ 플라즈마 전류가 1MA(Mega Ampere)급 이상인 고성능 플라즈마 구현을 위한 KSTAR 장치 성능고도화 진행 중 (’14 ∼ ‘16년)

- PF/CS 초전도 자석과 연계된 대형 전력저장 공급장치를 구축 활용 으로 고성능 플라즈마 구현을 안정적으로 수행

- 플라즈마 감금 효율 향상에 영향을 미치는 플라즈마 운전 안정 계수^⁕ 개선_{(‘14년 2이하)}을 통해 KSTAR 장치의 우수성 입증

⁕ 안정계수(safety factor)가 낮을수록 주어진 자기장에서 높은 플라즈마 전류 생성 가능

(24)

○ 플라즈마 최적 운전을 위한 물리현상 규명으로 국내 핵융합 플라즈마 물리 이론 연구 수준 향상

- 전자공명가열장치(ECH, Electron Cycrotron Heating)를 이용한 KSTAR 플라즈마 불순물 제거 실험 및 이론 계산을 통한 검증 수행 - 경계면 불안정 현상(ELM) 발생시 형성되는 확률적 자기장 모형과

플라즈마 에너지 손실 발생 과정 규명

○ 국내외 공동연구 활성화로 개방형 연구 장치로의 KSTAR 위상 제고

※ 국제학술회의(KSTAR 컨퍼런스, KSTAR Research Forum)·국제자문위원회 개최, 국내외 연구기관으로부터의 실험제안 접수 등을 통해 공동실험 방향 정립

(’14년 KSTAR 공동실험 실적: (접수) 116건 → (수행) 108건)

□ 정량적 성과

○ 장치 운전 및 실험

- H-모드 플라즈마 45초 운전 달성(플라즈마 전류 0.5MA)

- 진공용기내부의 제어코일을 이용한 ELM 억제 5초 유지 달성

○ 장치성능향상

- 중성입자가열장치 이온원 추가를 통한 가열성능 증대(4.5MW)

- 105/140GHz ECH 시스템 구매 및 제작 착수/진행

- 170GHz ECH 시스템을 통한 장시간 운전 성능 확보(50초/1MW)

○ 전문인력 양성 및 학술 성과 등

- KSTAR 건설·운영 중견급 연구원 1명 ITER 기구 파견 - 국내·외 SCI 논문 : 51건, 비 SCI 논문 : 3건

- 국내·외 특허 : 국내 5건 출원, 국내 4건 등록 - 기술료 징수액 : 80백만원

(25)

3. 2015년도 추진계획

□ 2015년도 사업목표

○ H-mode 플라즈마 시간 연장 및 핵융합 선도장치로서의 위상 확립

○ 국내외 핵융합 연구 협력 활성화 및 플라즈마 물리 연구 강화

□ 2015년도 주요 추진내용

○ KSTAR 공동실험 및 1MA급 H-mode 플라즈마 제어 안정화를 통한 ITER 및 핵융합로 설계 핵심기술 선도

- 안정적 플라즈마 유지를 위한 플라즈마 형상제어 및 대전력 저장공급 장치(Motor Generator) 최적화로 1MA급 H-모드 플라즈마 운전(∼‘17년)

○ 초전도자석 기반인 KSTAR 차별성을 활용한 플라즈마 물리 연구를 통해 핵융합 선도장치로서의 위상 확립

- 진공용기내부 제어코일(IVCC)의 고속제어를 통한 자장오차 보정 - ELM 현상 제어 상태를 10초 이상으로 확대

- 진공용기 내 플라즈마 전류분포 측정 진단 설치 및 시운전

- 잡음(noise) 제거 개선을 통한 진단 데이터 신뢰성 강화 및 핵융합 플라즈마 연구 성과 제고

○ 핵융합 플라즈마 제어를 위한 기술 이슈 해결

- 플라즈마 불안정성에 의한 즉흥적 플라즈마 회전(rotation) 발생 연구 - 대용량 시뮬레이션을 통해 플라즈마 불안정성 확산 현상 분석

○ 국내외 핵융합 연구 협력을 통한 KSTAR의 연구 성과 질적 수월성 제고 및 핵융합 기술 선도방향 정립

(26)

- 해외 핵융합연구 주요기관과의 공동협력 강화로, KSTAR 연구역량 제고 및 핵융합기술 선도방향 추구

※ 디버터 및 펠릿 분야 (미, ORNL), 플라즈마 불안정성 (PPPL), 대면재 분야 (독, IPP), Plasma 제어 (미, GA), 고에너지입자물리연구 (일, JAEA), 플라즈마 전류 분포진단 (네, TU/e), 신개념 전류구동 장치(러,KIAE) 등

- 핵융합 글로벌리더 국내유치를 통한 연구경쟁력 강화(NFRI)

- KSTAR 진단장치에서 발생되는 대용량 데이터를 실시간으로 저장, 분석, 시각화 가능한 빅데이터 플랫폼 및 소프트웨어 개발

4. 연차별 투자실적 및 계획

○ 총 사업기간 : ’08년∼계속 / ○ 총 사업비 : 계속사업

○ 2015년도 투자계획 : 35,654백만원

(단위 : 백만원) 구 분

정부 지원

민 간 합 계

예 산

기 금 소 계

일반회계 특별회계

2013 32,714 - - 32,714 - 32,714

2014 34,404 - - 34,404 - 34,404

2015 35,654 - - 35,654 - 35,654

합계 102,772 - - 102,772 - 102,772

(27)

International Thermonuclear Experimental Reactor

2. ITER 공동개발 사업

(국제핵융합실험로)

1. 사업 개요

□ 사업 목적

○ 한국, EU, 미국, 일본 등 7개국이 공동으로 ITER 건설․운영에 참여하여 2040년대 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심기술 확보

* 참여국 : 한국, EU, 미국, 일본, 중국, 인도, 러시아

- 핵융합 반응을 통한 열출력 500MW급 국제핵융합실험로를 건설․

운영하여 핵융합발전소 건설을 위한 원천기술 확보

□ 주요 내용

○ 우리나라에 할당된 10개^* 품목의 적기 제작 및 조달

* 초전도 도체, 진공용기 본체, 진공용기 포트, 블랑켓 차폐블록, 조립장비류, 열차폐체, 삼중수소 저장․공급시스템, 전원공급장치, IVC 버스바, 진단장치

○ ITER 국제기구 운영 참여를 통한 핵융합 전문 인력 양성

○ 핵융합 상용화를 위한 핵심기술 연구 및 개발

○ 조달품목의 효율적 조달을 위한 종합 사업 관리 등

□ 지원 근거

○ 핵융합에너지개발진흥법 제8조

○ 제2차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(국가핵융합위원회,'11.12월)

○ ITER 공동이행협정 및 특권․면제협정(국제조약 제1884호, 제1885호, '07.4월)

(28)

○ 우리나라 할당 조달품목의 적기 개발·제작 진행

- 초전도 도체 조달 완료(’14.12월), 블랑켓 차폐블록(’14.12월) 및 진공용기 지지구조물_{(’14.12월)} 산업체 계약 체결

- 6개 조달품목은 국내 산업체에서 제작진행 중

※ 진공용기본체ㆍ포트, 조립장비류, 열차폐체, 전원공급장치, 블랑켓 차폐블록

○ ITER 사업을 통한 핵융합 핵심기술 연구․개발 추진

- ITER 테스트 블랑켓 모듈(Test Blanket Module) 약정 체결('14.5월) 및 통합해석을 통한 TBM 본체와 보조계통 개념설계 완료('14.10월) - 핵융합실증로 및 상용로 개발을 위해 국내 기술축적이 필요한 6개

분야 16개 핵심기술 R&D 수행(비조달핵심기술개발)

※ 6개 분야: ① 연소 플라즈마 운영 ② 가열 및 전류 구동 ③ 플라즈마 진단 및 CODAC ④ 연료주기 기술 ⑤ 핵융합 재료 ⑥ 주장치 설계 및 안전해석

○ 핵융합 사업관련 국내 산업체 해외 네트워크 구축 지원

- ITER 현황과 발주정보 공유 및 산업체 간 기술정보 교환 지원을 위한 Korean ITER Business Forum 개최(’14.7.2~4)

※ ITER국제기구, 회원국별 사업단 및 국내․외 125개 산업체가 참여하여, 총 150건 이상의 상담 진행

○ ITER 국제기구 및 타 참여국으로부터 총 15건, 약 308억원 규모의 연구 서비스 용역 및 물품제작 수주_{(’14년 실적)}

※ ‘07-’14.12월까지 누적 수주액은 82건(3,075억원)

○ ’14년 ITER 국제기구 2명 신규 파견(’14.12월 기준, 총 33명 근무)

(29)

□ 사업목표

○ 우리나라 할당 품목의 고품질, 적기 제작 및 조달약정 체결

○ ITER 사업을 통한 핵융합 핵심기술 연구․개발 추진

○ ITER 국제기구 운영 참여 및 해외수주 지속 추진

□ 주요 추진내용

○ 우리나라에 할당된 조달품목 제작 및 조달약정 체결 등

- 블랑켓 차폐블록의 본격적 제작 착수 및 진공용기 본체/포트, 열차 폐체, 전원공급장치 등 주요 조달 품목 제작 지속

- IVC 버스바 조달약정 체결(’15.12월) 예정, 진단장치 및 삼중수소 예비설계 진행

○ ITER 사업을 통한 핵융합 핵심기술 연구․개발 지속 추진 - TBM 시스템 예비설계 착수 등 시작품 제작을 위한 준비 진행 - 비조달 핵심품목에 대한 클러스터별 핵심기술 추적 및 연구(산․학․연 활용)

○ ITER 국제기구 운영 참여 및 해외수주 지속 추진

- 이사회 3회 및 경영자문위원회 2회 등 주요회의 참석 및 전략적 대응

※ 이사회 : 특별(3월), 16차(6월), 17차(11월), 경영자문위원회 : 19차(5월), 20차(10월)

- 핵융합발전소 건설․운영에 필요한 핵심기술 분야 중심의 전문 인력 발굴 및 ITER 국제기구 파견 추진

- ITER 국제기구 조달정보의 적기제공 및 국내기업 입찰 지원, 용역수주 직접참여 등을 통한 수주 확대

(30)

○ 총 사업기간 : ’04년∼계속

○ 총 사업비 : 계속 (’14년까지 투자액 : 6,776억원)

○ 2015년도 투자계획 : 84,600백만원(예산 54,600백만원, 기금 30,000백만원)

구 분

정부 지원

민 간 합 계

예 산

기 금 소 계

2013 42,900 - 41,300 84,200 - 84,200

2014 56,400 - 10,000 66,400 - 66,400

2015 54,600 - 30,000 84,600 - 84,600

합계 153,900 - 81,300 235,200 - 235,200

(31)

3. 핵융합 기초연구 및 인력양성 지원사업

1. 사업 개요

□ 사업 목적

○ 핵융합에너지 상용화에 대비하여 핵융합 분야 연구기반을 확대 하고, 연구능력 향상을 위한 핵융합 기초연구 및 전문 인력 양성

□ 주요 내용

○ 거점센터, 공동연구 및 개인기초연구로 구분하여 과제 지원

- (거점센터) 핵융합에너지 개발을 위하여 전략적으로 추진이 필요한 핵심분야의 연구역량 강화 및 우수성과 달성을 위한 연구거점 형성 - (공동연구) 다양한 학문분야의 통합이 필요한 핵융합기술 개발을

위하여 산·학·연 공동·융합연구 활성화로 연구역량 제고

- (개인기초) 핵융합에너지 이론부터 개발까지의 핵융합 전 분야의 창의적이고 혁신적인 개인연구 지원으로 핵융합연구 기반 강화

□ 지원 근거

○ 과학기술기본법 제11조(국가연구개발사업 추진)

○ 핵융합에너지 개발진흥법 제8조(핵융합에너지 연구개발사업의 추진)

○ 제2차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(‘12~’16년)

(32)

○ 핵융합 에너지 개발에 필요한 핵심 분야 연구역량 제고 및 연구 기반 강화를 위한 지원구조를 체계화

- 전략적 추진이 필요한 핵심연구 분야를 지정하고, 핵융합 난제 분야 연구를 위한 거점센터 선정

* 8대 핵심연구분야: ①MHD 안정성 연구, ②수송 및 감금 연구, ③언저리 및 디버터 열속 제어, ➃핵융합로 대면재료 기술, ➄Advanced 진단, ➅실시간 진단 및 제어,

⑦신개념 전류구동 연구, ⑧KSTAR 등 국내 핵융합장치를 활용한 혁신적 성과창출 분야

※ 핵융합 플라즈마 안정성/구속성 연구(UNIST), 고성능 핵융합로 연구센터(서울대), 불순물 및 경계플라즈마 연구센터(KAIST)

- 다양한 학문 분야와 협력이 필요한 핵융합 기술 개발을 위해 타 분야와의 공동·융합 연구 및 창의·도전적인 개인연구 지원 강화

※ 융합연구에 대해 2% 가점 부여, 연구과제의 창의성·도전성 지표 50% 이상 반영

○ 핵융합 분야 전문인력 양성 프로그램(3억원) 착수 및 연구성과 공유 및 교류 확대를 위한 핵융합기초연구 세미나 개최_(‘14.8)

○ 거점센터의 연구성과를 토대로 세계적인 플라즈마 진단·분석 연구의 선도적 역할 수행

※ 프랑스 원자력청(CEA)과 첨단플라즈마 온도 진단장치(ECEI) 개발을 위한 공동연구에 대한 기본 합의(UNIST-CEA, ’14.09.01∼’19.08.31)

○ 국내 외 SCI 논문 : 62건

○ 인력양성 : 석사(31명), 박사(7명)

○ 국제교류 : 공동연구(22명), 해외교육/연수(7명), 해외연구자 유치 및 초청_(16명)

(33)

○ 핵융합에너지 개발에 필요한 핵심 분야 연구역량 강화와 연구기반 확대를 지속 추진하고, 사업의 성과 제고를 위한 조치 강화

□ 주요 추진내용

○ 타 분야와의 공동·융합 연구 확대를 통해 국내 핵융합 분야의 취약한 연구 저변의 한계를 극복하고 새로운 접근방식을 통한 창의적인 성과 도출을 지원

○ 사업의 성과 제고를 위한 인센티브 및 제재 강화

- 우수성과 과제^*는 과제종료 후 1년 이내에 후속연구를 신청하는 경우^**, 동일한 연구단위(거점, 공동, 개인)로 후속연구 지원

* 최종평가 최우수 등급으로 질적평가 연구결과(성과소개서 평가결과)가 우수 이상

** (기존) 신청자격을 ‘당해연도’로 한정 → (변경) 신청자격을 ‘과제 종료 후 1년까지’로 확대

- 연차/최종평가 결과에 따라, 연구비 증·감액 및 지원중단, 참여 제한 등 재제조치 강화(지원중단 조치는 2차년도부터 적용)

※ 평가 결과 C, D 과제

: (기존) 연구 중단 조치없음, 6% 내외 감액 → (변경) 연구비 중단 가능, 10%내외 감액

○ ‘14년 착수한 핵융합 전문인력 양성 프로그램의 본격 추진을 통해 인력 양성 저변 확대

※ 단기 연수, 강의·워크숍·세미나 등 교육프로그램 개발 등

(34)

○ 사업기간 : ’09년∼계속

○ 총 사업비 : 계속사업

○ 2015년도 투자계획 : 6,712백만원

정부 지원

민 간 합 계

예 산

기 금 소 계

2013 6,700 - - 6,700 - 6,700

2014 5,712 - - 5,712 - 5,712

2015 6,712 - - 6,712 - 6,712

합계 19,124 - - 19,124 - 19,124

(35)

4. 핵융합(연) 기관수행사업 4.1 플라즈마 기술연구사업

1. 사업 개요

○ 플라즈마 기반기술 구축 및 원천기술 확보, 플라즈마 기술 상용화를 통한 신산업 창출

○ 장기간 투자가 필요한 핵융합 에너지 개발 과정에서 KSTAR, ITER 사업 등을 통해 획득한 원천·파생기술의 사업화 및 관련 산업 지원

□ 주요 내용

○ 플라즈마 기초 분야에 대한 기반/원천기술 연구

- 플라즈마 진단, 해석 및 제어 관련 연구 플랫폼 및 서비스 기반 구축

※ 플라즈마 물성연구와 플라즈마 해석 기술 연구의 유기적 상호 보완이 반영된 연구 플랫폼, 해석 소프트웨어 및 오픈 소스 개발 등

- 차세대 의료 산업용 고효율･고성능 고전하･중이온/금속 이온원 개발, 고품위 유기반응(다양한 방향족 치환) 활성화 개발 등

※ 향후 고전하 중이온 발생기의 소형화(×1/2) 및 고효율화(×10) 가능

○ 미래선도 플라즈마 농식품 융합기술개발

- 농식품 생산성 향상 및 안전성 제고를 위한 플라즈마 농식품 융합 기술 개발 및 플라즈마 농업^*(Plasma Farming) 플랫폼 구축

* 과채류와 같은 농작물 재배시, 씨앗부터 발아, 생장, 포장, 유통, 저장에서 식탁에 이르기까지 전주기에 거쳐 플라즈마 기술을 적용 → 생산성 안전성 향상

○ 중소기업 성과창출 지원

- 중소기업지원 통합센터 운영을 통해 기술 수요 발굴에서 R&D 이후

(36)

□ (플라즈마 기반/원천 연구) 플라즈마-물질 반응연구 및 시뮬레이션 최적화를 통한 플라즈마 응용 산업용 DB 구축 및 운영(IAEA 협력연구)

○ 핵융합 및 산업체에 필요한 원자 및 분자의 충돌 물성 데이터 수집

(3,000건) 및 데이터 평가_(108건) 수행

○ 기존 기술한계 돌파 및 신기술 창출을 위한 플라즈마 발생원 개발 및 분체_{(분말가루)} 관련 플라즈마 처리 시스템 및 공정개발 이전

※ ‘의료용 플라즈마 멸균장치’ 기술 등을 중소기업에 총 3건 이전

○ OLED용 유기물 Etcher, Flexible Display 표면처리용 대기압 플라즈마 발생원 개발 및 해수 담수화 전처리용 시험 장치 개발 이전

※ “선박오일 폐수 처리”, “양식위한 살균’ 기술 등 2건 기술이전

□ (플라즈마 농식품 융합기술개발) 전주기 농식품 생산성 및 안전성 향상을 위한 플라즈마 Farming 플랫폼 원천기술 개발

○ 친환경적 식물 병해충 관리, 대량 토양 살균처리 및 농산물 저장, 식품 가공환경 살균, 농식품 스마트 포장재 제조 등 핵심 기술개발

※ “농식품 저장고용 플라즈마 발생원” 기술 등 2건 기술이전

○ 플라즈마 관련 국내 산학연네트워크(대학 8개, 기업 4개, 연구소 4개)를 구성하여 융합연구 추진

□ (중소기업 성과창출 지원) 플라즈마 관련 중소기업과의 협력기반 및 지원 인프라 구축, 사업화 성공을 위한 R&BD 지원 강화

○ 플라즈마 기술 특허 분석, 기술 로드맵 도출 및 기술 수요조사를 통해 선도적 R&BD 지원, 유관 기관 협력 체계 구축

※ 중소기업 공동 R&BD 과제(7건), 공동연구장비 구축지원(3건), 연구소 입주기업(3개), 기술멘토링 지원(56건), 중소기업 교육(8회), 중소기업 기술 상담회 개최(1회)

(37)

□ 주요 정량적 성과

○ 국내 외 논문 30건, 학술회의 발표(국내 84건, 국외 73건)

○ 국내 외 특허(등록) 31건, 기술료(징수액) 478백만원

○ 기술이전 10건, 기술지도 128건

○ (플라즈마 기반/원천 연구) 플라즈마 해석 및 제어 서비스 기반 구축 및 차세대 의료 산업용 고효율_(x10) 고성능_(x2) 이온원 개발

○ (플라즈마 농식품 융합기술개발) 농식품 생산성 향상, 관리 기술 고도화, 안전성 확보, Farming 플랫폼 구축을 위한 플라즈마 (비)활성/살균 기술력 제고

○ (중소기업 성과창출 지원) 산 학 연 중소기업 멘토링지원, 기술커뮤니티 및 네트워크 확장, 플라즈마 기술교류회 등 중소기업 협력기반 강화

○ (플라즈마 기반/원천 연구) 플라즈마 해석 및 제어 서비스 기반 구축 및 차세대 의료 산업용 고효율_(x10) 고성능_(x2) 이온원 개발 - 플라즈마 물성 및 해석 기술 연구 플랫폼 구축, 플라즈마 진단 및 특성

평가 연구 등에서 성과를 창출 하고 기업에 이전(기술료 50백만원이상 목표)

※ S전자(’13, ’14)에 이어 H전자와 해외 수출을 통한 기업매출 발생 전망

- 차세대 의료 산업용 이온원 개발 및 플라즈마를 이용한 고품위 유기반응 활성화 개발, MW-RF 하이브리드 플라즈마 토치 원천기술 개발 지속 추진

※ 전량 수입에 의존하던 “ECRIS를 위한 무냉매형 초전도자석” 국산화 성공 및 실매출 발생 전망

(38)

○ (플라즈마 농식품 융합기술개발) 농식품 생산성 향상, 관리 기술 고도화, 안전성 확보, Farming 플랫폼 구축을 위한 플라즈마 (비)활성/살균 기술력 제고 - 연작을 위한 플라즈마 대량 토양 살균처리, 식품 가공환경 살균, 스마트

포장재 제조기술 등 농식품 생산/저장/유통을 위한 융합기술 고도화

* ’15년도 기술이전 2건 이상 목표 (기술료 2억원 이상)

○ (중소기업 성과창출 지원) 산 학 연 중소기업 멘토링지원, 기술커뮤니티 및 네트워크 확장, 플라즈마 기술교류회 등 중소기업 협력기반 강화

○ 총 사업기간 : ’06년∼계속

○ 2015년도 투자계획 : 10,527백만원

구 분

정부 지원

민 간 합 계

예 산

기 금 소 계

2013 7,602 - - 7,602 - 7,602

2014 10,902 - - 10,902 - 10,902

2015 10,527 10,527 10,527

합계 29,031 - 29,031 - 29,031

(39)

4.2 핵융합 실증플랜트 기반기술 연구사업, 창의연구사업, NAP(National Agenda Project) 사업

1. 사업 개요

○ (실증플랜트 기반기술연구) 향후 독자적인 핵융합발전소 건설을 위한 설계기술 및 핵융합에너지 상용화를 위한 재료, 장치기술 등 핵심 원천기술개발 기반 구축

○ (창의연구) 새로운 연구 분야 창출을 위한 도전적, 모험적 연구 및 기관의 미래 연구역량 축적을 위한 연구중심의 과제 구성 및 운영

○ (NAP) 새로운 친환경 에너지원 개발을 위해 스팀 플라즈마를 이용한 탄화수소 복합가스화 원천기술 확보 및 석탄가스화 시스템 구현

□ 주요 내용

○ (실증플랜트 기반기술연구) 한국형 핵융합 실증로^(K-DEMO) 설계개념 연구 및 핵심기반기술 연구 등 핵융합 실증플랜트 개발 기반구축

○ (창의연구) 대형 과제로 발전가능한 창의적․도전적․모험적 연구*, 핵융합 관련 이슈 발굴·기획, 경영 선진화를 위한 정책연구 지원

* 만 40세 미만, 입소 후 3년 이내 연구직 대상으로 원천기술 창출형 연구 진행

○ (NAP) 저급탄(1톤/일) 플라즈마 가스화기 개발 및 후 공정 요소 설비를 포함한 실험실 설비 개발 (저급탄의 가스화를 통한 고품위 에너지 변환 기술 개발)

※ 저급탄은 화력발전소에서 사용하는 고급탄과 비교해 열량이 낮으며, 회재 및 수분 함량이 많은 특성(고급탄 대비 1/10 가격 수준, 전체 석탄 생산량의 60% 차지)

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□ 한국형 핵융합 실증로 개념설계 및 실증로 핵심 기반기술 연구

○ 플라즈마 운전제어 개념, 초전도자석 시스템 설계개념, 증식 블랑켓 설계개념, 디버터 설계개념, 동력계통 해석 및 안정성 평가기술 연구

○ 핵융합 재료기술 연구 및 기술개발 협력기반 조성, 핵융합 실증로 핵심기반기술개발사업을 위한 상세 기술기획 수립 등 수행

□ 창의연구

○ 플라즈마 전기화학적 나노물질 합성 및 응용, KSTAR ECH/ECCD를 이용한 MHD 모드 제어 연구 등 9건 연구 진행

○ 해외 석학 및 중진연구인력^*의 연구구성체 조직(고속이온 연구분야)

및 국내 신진 전문연구인력 연수

* Kerchung Shaing, Chio Z. Cheng(이상 대만 국립성공대), Ahmet Y. Aydemir(미국) 등

○ 핵융합 가속기 산업 생태계 잠재시장 분석 및 진출방안 연구, KSTAR 심층평가 및 미래비젼 수립, 연구소 품질경영 진행 등

□ NAP

○ 200kWe급 플라즈마 석탄 가스화 시험 플랜트의 요소 설비 구축 및 요소 설비별 시운전 데이터 확보

- 안정적 운전을 위한 요소 설비 통합 연결, 각 설비별 시운전을 통한 정량 측정 및 DB 확보

○ 200kWe급 플라즈마 석탄 가스화 시험플랜트 통합 구축

- 가스화기, 플라즈마토치, 열교환기, 사이클론, CO2 흡수탑, 가스엔진 등의 통합 구축

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□ 주요 정량적 성과

○ (실증플랜트 기반기술연구) 국외 SCI 논문게재 6건, 국내 외 학술 발표 10건, 국제협력 1건(공동연구 1건)

○ (창의연구) 국내 외 논문 9편, 국내 외 학술발표 12건, 학위과정지원 12명(박사 9명, 석사 3명), 해외연수 지원 5명(박사 4명, 석사 1명)

○ (NAP) 국외 비SCI 논문 1편, 국외 학회발표 2편

○ (실증플랜트 기반기술연구) 한국형 핵융합 실증로(K-DEMO) 설계 개념 구체화, 핵심 기반기술 연구 및 기술개발 기반 조성

○ (창의연구) 응용 연구로 발전할 수 있는 기초 연구 테마 발굴, 국제 공동연구 공동실험장치로서 KSTAR의 활용성 증대

○ (NAP) 200kWe급 플라즈마 석탄가스화 시험 플랜트 운영 및 1.4MWe급 가스화기 최적화 연구 및 장치 설계

○ (실증플랜트 기반기술연구)

- 플라즈마 운전제어·증식 블랑켓 및 중성자 차폐체·디버터·초전도 자석 시스템 설계개념 등의 구체화, 플라즈마 엔지니어링 계산 보완, K-DEMO 토카막 통합장치 전자기 구조해석 착수

- K-DEMO 개념개발을 위한 통합 시뮬레이터 개발, 실증로 설계기반

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○ (창의연구)

- 차세대 핵융합 전문인력 양성 및 국제 공동연구 활성화를 위한 신진연구자 교류 협력 프로세스 확립

※ 서울대, POSTECH, 한양대, 아주대, UST 등 핵융합 물리분야 연수학생 12명 지원

- 국가 차원의 핵융합・플라즈마 성과분석 및 로드맵 수립, 기관 경영 및 전략 수립 등 연구소 운영 효율성 증대 방안 마련

○ (NAP)

- 구축된 200kWe급 플라즈마 석탄 가스화 시험 플랜트의 성능을 개선 하여 가스화 효율^* 70% 이상 및 탄소 전환율^** 90% 이상 달성

* 가스화 효율(%) : 100 * (가스로 얻은 열량) / (원료 석탄 열량)

** 탄소 전환율(%) : 100 * (가스에 포함된 탄소량) / (원료 석탄에 포함된 탄소량)

- 전산모사를 통한 1.4MWe급 가스화기의 최적 설계인자를 도출하고, 이를 활용한 고성능 1.4MWe급 플라즈마 석탄가스화 플랜트 설계 4. 연차별 투자실적 및 계획

○ 총 사업기간 : 계속사업

○ 2015년도 투자계획 : 4,967백만원

정부 지원

민 간 합 계

예 산

기 금 소 계

2013 4,967 - - 4,967 - 4,967

2014 4,967 - - 4,967 - 4,967

2015 4,967 - - 4,967 - 4,967

합계 14,901 - - 14,901 - 14,901

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<붙임 2> 2015년도 주요 성과 목표

○ ’14년 대비 기술료 및 기술이전, 창업 등 사업화 분야에 대한 성과창출을 가시화 하고, 특허 논문 등 과학기술적 성과도 지속

성과구분 성과지표 실적 목표

’14년 ’15년 비교

1. 과학적 성과 ① 논문게재 (건수)

국내 18 20

국외 192 192

2.. 기술적 성과 ② 특허등록 (건수) 국내 38 38

국외 1 1

3. 경제적 성과

③ 기술료 (징수액) 558백만원 680백만원

④ 사업화 (건수)

기술이전 10 10

창업지원 - 1

기존업체에서

상품화 - 2

기타

기술이전 128 140 기술지도

기술상담기술협력

※ 자율지표를 제외한 공통지표만 작성

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<붙임 3> 한국형 초전도핵융합연구장치 (KSTAR)

□ KSTAR 개요 (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)

○ 운영목적 : 핵융합로 건설을 위한 핵심기술 연구개발 - 초전도 핵융합장치 운영 핵심기술 개발, 통합운전기술 선진화 - 핵융합 기초연구 및 공동연구의 중심장치로 활용

- 국제 핵융합 공동연구장치로서의 지위 확보

○ 장치개요

- 건설기간 : ’95.12～’07.8(11년 8개월)

- 비용 : 총 4,182억원(장치 3,090억, 시설 1,092억)

- 참여인력 : 연 300여명, 30개 기관

- 3년간 예산: (‘13) 327 → (’14) 344 → (‘15) 357 억원

○ KSTAR 성능

구 분 최종 목표 성능 비 고 (현재)

플라즈마 발생시간 300초 45초

플라즈마 온도/전류 3억도/2MA 약 4천만도/1MA

초전도 운전온도 4K (영하 269도) 4K (영하 269도)

플라즈마 자기장 3.5테슬라 3.5테슬라

* MA : 플라즈마 전류의 세기(Mega Ampere), 테슬라 : 자기장의 세기(Tesla)

□ 추진경과

○ ’95.12～’98.9 KSTAR 개념설계 및 기반기술 R&D 수행

○ ’02. 7～’07.8 KSTAR 장치 제작 및 설치 완료

○ ’08. 6 KSTAR 최초 플라즈마 발생 성공

* 토카막 장치 중 세계최초로 단 1번에 시운전 완료(130kA, 0.865초)

○ ’12.10 KSTAR 실시간 플라즈마 형상제어, 고성능 H-모드 에서 플라즈마 17초간 운전 달성

* H-모드 : 토카막형 핵융합장치 운전에서 특정 조건 하에서 플라즈마 밀폐 성능이 약 2배로 증가하는

현상으로 ITER 장치의 기본 운전모드. 초전도 핵융합 장치로써 KSTAR가 세계 최초로 H모드 달성

○ ’14.12 H-모드 플라즈마 45초 안정적 운영(플라즈마 전류 0.6MA)

KSTAR 장치 외관

KSTAR 내부 및 플라즈마 형상