[include(틀:다른 뜻1, other1=bms, rd1=Tokamak)] [include(틀:원자력 공학)] [목차] == 개요 == [[파일:1452589915_forlisabooth_jpeg.jpg]] токамак/Tokamak [[핵융합 발전]] 과정에서 [[플라즈마]]를 가두기 위해 자기장을 이용하는 도넛형 장치. [[러시아어]] тороидальная камера с магнитными катушками(자기장 코일로 만든 도넛형의 가둠장치)의 앞 글자들을 딴 줄임말이다. 토카막은 구조상 이런 가두어진 [[플라즈마]] 내부에 전류가 흐르고 이렇게 생긴 자기장이 플라즈마 불안정성을 만들어내 플라즈마가 벗어나지 않게 하기 위한 또 다른 자기장이 필요한데, 이런 플라즈마의 움직임을 예측하고 막는 것이 관건이다. 토카막은 기존에 개발중이던 [[핵융합]] 장치(스텔러레이터(Stellarator) 등 기타 다른 후보들 포함)보다 온도는 10배, 플라즈마 가둠 시간은 30배로 매우 효율이 좋았다. 1968년 러시아 [[노보시비르스크]]에서 열린 제3차 핵융합에너지 회의(FEC)에서 공개되었으며,[* 이때 공개된 건 최초의 토카막 장치보다 좀더 개선된 T-3이었다.] 이후 핵융합 장치의 대세로 자리잡는다. 러시아(소련)의 유명한 핵물리학자 [[안드레이 사하로프]]와 그의 스승 이고르 탐이 개발하였다. == 상세 == === 구조 === 중심으로부터 제1장벽[* 중심의 뜨거운 플라즈마로부터 보호하기 위함. 주로 열에 강한 높은 카본타일로 만들지만, 플라즈마와의 충돌로부터 유리한 텅스텐을 사용하는 추세이다.], 블랭킷[* DT반응으로 생긴 중성자가 중수소화 리튬으로 이루어진 블랭킷과 충돌하면 삼중수소가 만들어진다. 이렇게 만들어진 삼중수소는 DT반응의 연료로 다시 사용하고, 중성자의 에너지가 전달, 냉각수가 기화되어 증기터빈을 돌려 발전한다.], 차폐막[* DT반응으로 생긴 중성자를 차폐하기 위함. 중성자는 중간 정도의 방사능을 띈다.], 벽[* 토카막의 벽면이다. 내부를 초고진공 상태로 유지시키는 역할을 하고, 이중으로, 금속으로 만든다.], 냉각수, 냉각수 속 초전도코일[* 플라즈마를 가두고 돌리는 TF코일, 플라즈마를 띄우는 PF코일, 전하를 섞는 CS코일이 있다.]로 이루어진다. 외에도 플라즈마 내부의 불순물을 제거하는 다이버터, 가열장치들, 플라즈마 불안정성을 억제하는 장치들, 갖가지 센서들과 온도 측정을 위한 레이저 등이 있다. === 운전 === 토카막은 구조상 [[플라즈마]] 내부에 전류가 흐르게 되는데, 플라즈마에게도 전기저항이 있어 플라즈마가 가열된다(노를 젓는다 한다). 플라즈마는 에너지가 높아질수록 저항이 낮아져, 이렇게 가열할 수 있는 온도는 4000만K까지 정도라 그 이후부터는 RF가열[* 내부의 플라즈마나 플라즈마 속 전자의 고유진동수에 맞는 [[전자기파]]를 쏴 [[공명]]시켜 에너지를 전달한다.], 중성입자빔 입사장치(NBI)[* DT반응의 연료인 [[중수소]]를 이온화시키고 고에너지로 가속시켜 토카막 내부로 발사해 에너지를 전달하고 연료를 공급한다. 플라즈마를 띄우기 위한 강한 자기장 때문에 이온화되어 전하를 띄는 상태에서는 들어갈 수 없고, 가속시킨 상태에서 전자를 붙여 원자 상태가 입사된다.]를 이용한다. 이를 이용하는 방식에 따라 운전 모드가 나뉘어진다. RF가열과 NBI를 사용하는 L-모드와, 다이버터와 NBI를 사용하는 H-모드[* L-모드에 비해 효율이 2배정도 높은데, ELM현상이 문제가 된다.], 플라즈마 중심의 에너지를 높여 ELM현상이 없는 ITB모드와, H-모드와 ITB모드를 혼용하는 DTB모드가 있다.[* 한국 KFE의 토카막인 [[KSTAR]]에서 ITB모드와 DTB모드를 최초로 구현하였다. ITB모드 덕분에 최초로 플라즈마 1분 이상 유지, DTB모드 덕분에 최초로 1억K 20초 이상 유지를 달성할 수 있었다.] === 장점 === 에너지 가둠 시간이 다른 방식에 비해 압도적으로 높고, 에너지 가둠 시간은 곧 발전 효율을 의미한다. 핵융합발전으로 가장 주목받고 활발히 연구되고 있는 방식이다. === 단점 === 플라즈마 내부에 전류가 흐른다는 것 때문에 치명적인 단점도 하나 생긴다. 바로 플라즈마 불안정성(플라즈마 난류). 플라즈마 내부에 전류가 흐르니 자기장도 생겨 플라즈마 불안정성이 매우 커지는데, 토카막 속 플라즈마가 흔들린다거나, 갑자기 식어 사라져버려 붕괴되거나 한다. 토카막의 에너지 가둠 시간을 줄이는 주 원인이다. 이것만 아니었으면 이미 토카막으로 핵융합발전 상용화되었을 것이다. 이를 보완한 다른 자장 가둠 방식인 [[스텔러레이터]]가 있다.[* 대신 스텔러레이터는 코일이 복잡해 제작이 어렵고 노 젓기가 불가능하다.] 또 스텔러레이터도 그렇듯이 플라즈마가 원을 그리며 돌며 방향을 바꿀 때 전자기파 [[복사]]로 에너지를 빼앗기게 된다. 이게 온도가 높아지면 큰 문제가 돼 5억K정도에선 순식간에 복사로 에너지를 잃고 식어버린다. 제1장벽은 이 복사의 열에서부터 보호하는 역할도 한다. == 대표적인 토카막 == * T-1 - 러시아(소련)에서 만든 세계 최초의 토카막 핵융합 반응로 * [[KSTAR]] - 최초로 초전도코일을 이용한 한국의 토카막 * [[ITER]] - 프랑스 카다라슈에 위치할 토카막. * TFTR - 미국의 토카막 핵융합 반응로 * JET - 영국 옥스퍼드의 토카막 * JT-20 - [[일본]] [[이바라키현]] 나카시에 있는 토카막 핵융합 반응로 [[분류:기술]][[분류:물리학]][[분류:러시아어 단어]]