(가칭)국핵융합에너지 실현 가속화를 위한 핵심기술개발 및 인프라 구축사업

- 2차 기술수요조사 -

<‘25. 4. 25., 거대인프라 방사선단>

□ 수요조사 개요

ㅇ (조사 기간) 2025. 4. 25.(월) ~ 2025. 5. 9.(금) 18:00까지 ※ 기한 엄수

ㅇ (수요조사 대상)

-「기초연구진흥 및 기술개발지원에 관한 법률」제14조제1항에 의거한 기관 또는 단체 소속 연구자

ㅇ (제출 방법) 기획마루(https://plan.nrf.re.kr) 로그인 → 참여마당 → 특정 기술수요조사 클릭 → 해당수요조사 클릭 → 기술수요조사서 작성본 업로드  ※ 제출 양식 [붙임2] 참고

□ 수요조사 대상 범위

❶ (핵융합 핵심기술 개발) 핵융합에너지 실현 및 혁신형 핵융합로 설계를 위한 핵심기술 개발 및 첨단 인프라를 활용한 기술검증 추진

※ 세부 기술별 상세한 내용은 <별첨>자료 확인

❷ (첨단 인프라 구축) 국내 산업체를 활용한 핵융합 소재 시험시설, 연료주기 시험시설, 증식블랑켓 시험시설 등 시험․실증 인프라 구축

※ 세부 내용 3~7page 참고

ㅇ (기타 사항) 제출된 서류는 일절 반환하지 않으며, 동 사업의 유망 기술분야 사전발굴을 위한 참고 자료로만 사용

※ 제출한 자료는 본 조사 목적(｢(가칭)핵융합에너지 실현 가속화를 위한 핵심기술개발 및 인프라 구축사업｣을 위한 수요조사)을 위해서만 활용됨

ㅇ (문의처)

담당기관	성명	직책	전화번호	이메일
한국연구재단	박승찬	연구원	042-869-7808	onion2014@nrf.re.kr
㈜로운인사이트	김현수	책임연구원	02-6329-1100	byrudolph1984@rown.re.kr

< 한국형 혁신 핵융합로 컨셉 및 스펙 개요(안) >

※ 동 자료에서 제시된 CPD 설계 목표 및 스펙은 현재(`25.3월) 논의 중인 내용으로, 향후 변경될 수 있음

□ 개념 컨셉

ㅇ (목표)

- 혁신적인 소형 핵융합 실증장치 구축(’30년대 건설완료 목표)

- 순환형 핵융합 전력 생산 구현

- 내부 가열만으로 점화된 플라즈마 실현

ㅇ (단계별 운전 전략)

- (1단계 - 공공 주도형 PPP) 점화된 핵융합 플라즈마(pulse length 약 100초), 1시간 이상 연속 점화상태 유지

- (2단계 - 민간 주도형 PPP) 삼중수소 자가 생산(TBR > 1) 실증, 전기 생산(~100MW) 및 상용화 가능성 검증

ㅇ (전략 목표) 글로벌 전략 입지 및 경쟁우위 확보 필요

- ITER의 New baseline 제시에 따른 ITER보다 빠른 D-T operation 개시 필요

* ITER는 D-D 운전을 2035년 시작, D-T는 2039년 예정으로, CPD는 ITER보다 앞서 D-T 실험에 착수해 선도적 위치 확보 필요

ㅇ (기대효과)

- CPD는 소형이지만 상용화의 전환점이 될 핵심 실증 장치

- 국산 고온초전도 자석 기술, 삼중수소 연료주기, 전류구동, 장시간 점화 운전 기술을 통합 검증

- ITER 및 세계적 핵융합 동향과 병행하여 독자적 실증 경로 확보

< CPD 주요 스펙(안) 및 KSTAR, K-DEMO와의 비교 >

Parameters	KSTAR	CPD (CID) draft	CPD (SIT) draft	K-DEMO
Major radius, R0	1.8 m	~ 3.5 m	~ 2.0 m	~ 6.8 m
Minor radius, a	0.5 m	~ 1.1 m	~ 1.2 m	~ 2.2 m
Elongation, k	2.0	~ 2.0	~ 2.0	~ 2.0
Field on axis, B0	3.5 T	> 8.2 T	~ 6.0 T	~ 7.25 T
Plasma current, Ip	2.0 MA	~ 7.7 MA	~ 9.0 MA	~ 13 MA
betaN	> 3.0	~ 3.3	~ 3.6	~ 3.0
H		~ 1.5	~ 2.9	~ 1.28
Q		~ 5.5		~ 20
fGW(ne/nGW)		~ 0.95	~ 0.65	~ 1.1
Fusion power		~ 500 MW	~ 360 MW	~ 1500 MW
SC	NbTi, Nb3Sn	HTS / LTS	HTS	NbTi, Nb3Sn
Divertor	C, W	~15 MW/m2		~ 20 MW/m2

□ 사업 개요

ㅇ (추진배경) 디지털·AI 시대 전력수요 급증 및 탄소중립 실현을 위한 안정적 에너지원 확보 필요성에 따라, 미래형 에너지인 핵융합의 조기 상용화 및 혁신형 소형로 개발 역량 강화 시급

- 핵융합에너지의 조기 상용화를 위해 민간역량 결집과 병렬 실증이 가능한 소형 혁신형 핵융합로 개발 및 인프라 구축 필요

ㅇ (사업목적) 핵융합에너지 실현 가속화 및 혁신생태계 육성, 핵융합 연구개발 시장 선도 기반 마련을 위한 핵심기술 개발 및 연구 인프라 구축

- 혁신형 핵융합로 개발을 위한 핵심기술 개발 및 인프라 구축을 통한 핵융합 상용화 글로벌 선도국가 실현

□ 수요조사 대상 범위

❶ (핵융합 핵심기술 개발) 핵융합에너지 실현 및 혁신형 핵융합로 설계를 위한 핵심기술 개발* 및 첨단 인프라를 활용한 기술검증 추진

* (핵융합 7대 핵심기술) ❶ 노심 플라즈마, ❷ 증식블랑켓, ❸ 핵융합 소재, ❹ 연료주기, ❺ 디버터, ❻ 가열 및 전류구동, ❼ 초전도자석

※ 세부 기술별 상세한 내용은 <별첨>자료 확인

< 핵융합 전력생산 실증을 위한 8대 핵심기술 >

< 핵융합에너지 가속화를 위한 핵심기술 분류표 >

대분류	중분류	소분류
1. 초고온‧장시간‧고밀도 노심 플라즈마 기술	1-1. 고성능 노심 운전 기술	▸고성능·고출력 노심 운전 시나리오 개발·구현
		▸고성능·고출력 노심 운전을 위한 통합 진단·제어 기술
		▸실증로 환경을 위한 센서 및 진단 장치 기술
	1-2. 노심 플라즈마 시뮬레이션	▸ 디지털 트윈 기반 핵융합로 설계 자동화 및 최적화 기술
		▸ AI 기반 핵융합로 최적 자율 제어 시뮬레이션 기술
2. 플라즈마 고성능 유지를 위한 디버터 기술	2-1. 고효율 냉각 성능 향상 기술	▸(설계 기술) 냉각 효율이 개선된 신개념의 디버터 설계 도출, 최적화
		▸(제작 기술) 신개념의 디버터를 제작하기 위한 제작 기술개발
		▸(성능 검증) 제작된 신개념의 디버의 신뢰성 및 성능 평가 기술개발
	2-2. 디버터-플라즈마 영향 최적화 기술	▸(열속 감소) 경계 플라즈마 연구를 통한 열속 및 입자속 감소 시나리오 개발
		▸(불순물 제어) 플라즈마에 의한 디버터 손상 및 불순물 실시간 제어기술 개발
3. 플라즈마 가열 및 전류구동 기술	3-1. 가열 및 전류구동 장치	▸고출력 고에너지 중성입자빔 시스템 기술
		▸RF 가열전류구동 엔지니어링 혁신 기술
	3-2. 가열 및 전류구동 운전 통합	▸고효율 가열 및 전류구동 운전 기술
		▸플라즈마 가열 및 전류 구동 시뮬레이션 기술
4. 플라즈마 안정적 가둠을 위한 고자장 초전도 자석 기술	4-1. 초전도 선재	▸(저온초전도 선재 개발) ITER 2.5배 성능 저온초전도 선재 제조 기술, 양산화 기술
		▸(고온초전도 선재 개발) 고자장 핀닝점 고온초전도 선재 제조 기술, 양산화 기술
	4-2. 초전도 도체	▸(AC 자석 용 도체 개발) 저온초전도 도체 설계, 케이블링, 조관, 평가
		▸(DC 자석 용 도체 개발) 고온초전도 도체 설계, 적층, 조관, 평가
	4-3. 초전도 자석	▸(AC 자석 개발) 초전도 자석 설계, 제작, 평가 기술
		▸(DC 자석 개발) 고온 초전도 자석 설계, 제작, 평가 기술
	4-4. 초전도자석 기반시스템	▸(운전기술) 냉각 및 전원 시스템 기술
		▸(보호기술) 궨치 검출 및 자석 보호 기술
5. 핵융합 연료증식 및 전력생산을 위한 증식블랑켓 기술	5-1. 설계/안전해석 체계 구축	▸(설계코드) 설계코드 개발/검증 및 통합체계구축 기술
		▸(계통/안전해석코드) 핵융합 운전/유지보수 고려한 고유 모델링 및 코드 개발/검증 기술
	5-2. 제작/검증 기술	▸(제작) 산업기술기준 부합 제작/공정 기술
		▸(성능평가) 소형/대형 목업 제작 및 건전성/성능평가 기술
		▸(유지보수) 수리/교체 등 유지보수를 위한 원격제어 기술
	5-3. 계통 기술	▸(연료추출) 삼중수소 추출 공정 계통 및 핵심기기 기술
		▸(냉각계통) 열에너지 추출/냉각 공정 계통 및 핵심기기 기술
		▸(보호/안전계통) 계통 운전/보호/안전계통 및 핵심기기 기술
6. 핵융합의 극한 환경을 견디는 핵융합 소재기술	6-1. 구조재	▸(저방사화 구조재 개발) 저방사화 철강재 대량 제조 기술 개발
		▸(저방사화 구조재 표준화) 저방사화 철강재 물성 DB 구축
	6-2. 기능소재	▸(삼중수소 증식재 개발) 증식재 원료 확보 및 제조 기술 개발
		▸(중성자 증배재 개발) 증배재 원료 합성 및 제조 기술 개발
	6-3. 내환경소재	▸(텅스텐계 대면재 개발) 고인성 텅스텐 기반 소재 개발 및 DB 구축
		▸(내환경 세라믹소재 개발) 부식방지 및 유동 안정화 향상 세라믹스 기술 개발
7. 핵융합 연속 반응 유지를 위한 연료주기 기술	7-1. 삼중수소 안전	▸(삼중수소 취급 안전기술) 환경보호 강화를 위한 미량 삼중수소 회수 기술
		▸(삼중수소 플랜트 분석기술) 삼중수소 플랜트 공정가스 및 환경 평가 분석 기술
	7-2. 삼중수소 분리‧저장	▸(수소동위원소 분리시스템) 수소동위원소 재사용을 위한 불순성분 제거
		▸(수소동위원소 농축시스템) 수소동위원소 내 삼중수소 분리·농축
		▸(삼중수소 저장·공급 시스템) 안전한 삼중수소 저장·공정기술
	7-3. 핵융합 연료공급	▸(연료 펠릿주입 시스템) 펠릿 생산 및 플라즈마 공급 시스템
		▸(연료 가스주입 시스템) 공정가스의 안정적 플라즈마 주입 시스템
	7-4. 핵융합 진공배기	▸(고진공 배기기술) 대규모 연속운전 고진공 배기장치
		▸(저진공 배기기술) 안정적 삼중수소 플랜트 연계 저진공배기 시스템
8. 기타 기술	1~7. 이외의 기술

❷ (첨단 인프라 구축) 국내 산업체를 활용한 핵융합 소재 시험시설, 연료주기 시험시설, 증식블랑켓 시험시설 등 시험․실증 인프라 구축

※ 핵융합 핵심기술 개발을 위한 인프라 수요에 대하여 [붙임2] 예시 이외의 내용도 작성 가능하며, 새로운 아이디어의 적극적이고 자유로운 의견 개진 요청

< 혁신형 핵융합로 핵심기술 개발을 위한 첨단 인프라 후보(예시) >

핵심기술	인프라 수요	주요 설비
1. 초고온‧장시간‧고밀도 노심 플라즈마 기술	가상 핵융합로 기술개발과 AI 기반 고속 시뮬레이션 및 제어 연구를 위한 핵융합 빅데이터 센터 구축	▸핵융합 시뮬레이션 AI 연구 활용 초고성능 컴퓨터 증설(’27, 30PF급)
		▸데이터 증가 및 활용 확대 대응 데이터 스토리지 증설(’27, 100PB급)
		▸핵융합 데이터 전송 및 공유확대 네트워크 고도화(’27, 100GB급)
	KSTAR와 혁신형 핵융합로 사이 간극 해소 및 AI 기반 데이터 확보를 위한 실증로 유사 실험 설비 구축	▸고성능 플라즈마 운전 영역 확장을 위한 플라즈마 발생 공간 확장
		▸고성능 플라즈마 제어를 위한 제어 인프라 구축: 제어용 구동기 확충 및 고유 플라즈마 제어 시스템 개발
		▸고성능 플라즈마 실시간 제어 및 AI 기반 데이터 확보를 위한 차세대 진단 인프라 구축
2. 플라즈마 고성능 유지를 위한 디버터 기술	디버터의 성능평가 및 신뢰성 검증 시설 구축	▸고열부하 시험시설: 신개념 디버터의 고열속 저항성을 평가하기 위해 전자빔 등을 이용하여 열부하를 인가할 수 있는 시험시설
		▸플라즈마 입자발생 시험시설: 플라즈마와 일차벽 사이의 상호작용을 시험하기 위해 초고입자속의 플라즈마를 발생시키는 장비
3. 플라즈마 가열 및 전류구동 기술	혁신형 핵융합로에 적용 가능한 고출력·고밀도 연속운전 가열 및 전류구동 장치 시험검증 시설 구축	▸중성입자빔 시험 시설: 혁신형 핵융합로급 NBI 가열 및 전류구동 장치 시험 시설
		▸가열 전류구동 RF 통합 시험시설: RF 가열 및 전류구동용 자이로트론, 전송선, 안테나 시험 시설
4. 플라즈마 안정적 가둠을 위한 고자장 초전도 자석 기술	초전도 자석의 안정성·적절성 검증 및 성능평가 시험시설	▸초전도 자석 제작 및 성능검증 시설: 초전도 권선, 열처리, 진공함침 및 접합 등 제작에 필요한 설비, 자석의 냉각 시험이 가능한 시설
5. 핵융합 연료증식 및 전력생산을 위한 증식블랑켓 기술	핵융합 중성자를 활용한 증식블랑켓 안전성 및 삼중수소 생산·시험 시설	▸ 증식블랑켓 안전성 시험시설: 증식블랑켓 시스템의 기능 및 안전성 검증과 중성자 환경 건전성 평가를 통한 신뢰도 데이터 확보를 위한 시설
		▸ 중성자 생산 및 증식시험시설: 핵융합 중성자를 생산하고, 증식블랑켓 내부에서 삼중수소 생산·추출·회수 공정 데이터 확보를 위한 시설
6. 핵융합의 극한 환경을 견디는 핵융합 소재기술	핵융합 환경을 모사하여 각종 소재의 정확한 물성 평가 및 성능 검증 시설	▸중성자 조사 시험시설: 핵융합 중성자를 생산하여 각종 소재에 조사시킬 수 있는 시험시설
		▸중성자 조사재 시험시설: 중성자가 조사된 소재의 각종 물성 및 성능 검증을 위한 시험시설
		▸베릴륨 취급 시설: 베릴륨을 이용하여 중성자 증배재 개발 및 평가를 위한 시험시설
		▸고열 부하입자 발생 시험시설: 고열부하 및 초고입자속을 이용하여 대면재 성능 검증을 위한 시험시설
7. 핵융합 연속 반응 유지를 위한 연료주기 기술	삼중수소의 안전한 취급과 핵융합 연속 반응 유지를 위한 연료 공급·순환 기술 개발 및 검증 시설	▸삼중수소 회수 플랜트: 소량 삼중수소 취급을 위한 삼중수소 누출 다단 방지막 설치 및 삼중수소 환경 배출을 최소화 시스템
		▸연료주기 공정 시험시설: 핵융합 배기가스 중 수소동위원소를 선택적으로 정제하고, 핵융합 연료 재사용을 위한 연료주기 공정 검증 시스템

□ 기대 효과

ㅇ 핵심기술 개발 및 연구시설·장비 개발 등 인프라 투자 확대를 통한 핵융합에너지 개발의 지속가능성 확보

ㅇ 핵융합 핵심기술 선점을 통해 미래 경쟁력 확보 및 선도자 역할 기대

ㅇ 청정에너지 기술개발, 시장 확충을 통해 핵융합에너지 수출국으로 전환 및 국가 경제발전 기여