핵융합 기술의 동향(2023년 10월 조사)(일본어판)

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E plus 2023년 11월호에 게재된 내용입니다.

지상에 ‘태양’을 실현하는 꿈의 에너지

　에너지·환경문제를 동시에 근본적으로 해결하는 기술로서 기대~

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1. 핵융합이란

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2. 핵융합 방식

그림1. 핵융합 방식

2-1. 자기장 갇힘/토카막 방식

2-2. 자기장 갇힘/헬리컬 방식

2-3. 레이저 방식

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3. 세계와 일본의 동향

3-1. ITER(국제열핵융합실험로) 계획

그림2. ITER 프로젝트에서 계획된 실험로

3-2. 해외의 대응

3-3. 일본의 대응

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4. 핵융합기술 시장규모

그림·표1. 에너지(전기&가스)의 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)

그림·표2. 핵융합로 플랜트의 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)

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5. 핵융합기술 관련 공적 연구기관의 대응 동향

5-1. 국립대학법인 오사카대학

(1) ILE의 레이저 핵융합 에너지 연구 프로젝트

(2) 레이저 핵융합 노심 플라즈마 연구 현황

그림3. 핵융합 연료의 점화·연소의 물리적 과제: 플라즈마 성능의 달성

(3) NIF에 의한 레이저 핵융합 점화연소 실증의 의의

(4) 레이저 핵융합의 새로운 시대를 향해 세계를 선도하는 일본의 기술

그림4. 레이저 핵융합의 공학적 과제 달성을 위한 타임 스케줄

그림5. 안정적이고 고반복이 가능한 MW급 레이저 핵융합 실현

(5) 이저 핵융합을 통해 실현할 수 있는 일본의 기반기술과 혁신적 기술의 통합

그림6. 레이저 핵융합으로 초래되는 일본의 기반기술과 혁신적 기술의 통합

(6) 레이저 핵융합 연구의 파급효과

①대규모 자원탐사와 문화재·환경조사

②100-1,000만 기압이 만들어내는 신물질 재료

③반복파워레이저에 의한 두 종류의 중성자원이 개척하는 학제 분야

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5-2. 대학공동이용기관법인 자연과학연구기구 핵융합과학연구소(NIFS)

(1) NIFS의 새로운 대응: 유닛 체제

그림7. 학술 주제로 재정의된 핵융합 에너지 실현 도전

(2) 산학연계사례1: 측정기의 고성능화에 의한 신물리현상 개척과 그 극한기술을 이용한 사회구현

그림8. 톰슨산란에 의한 플라즈마의 전자온도, 전자밀도 측정

그림9. 펄스버스트레이저에 의한 톰슨산란 측정의 고속화.

(a) 고반복 레이저 장치의 작동원리, (b) 레이저 로드의 반경방향 온도 분포, (c) 로드 내 온도의 시간 변화

그림10. 전자온도 분포의 시간 변화. 기존 계정결과(아래), 개발한 측정결과(위)

(3) 산학연계사례2: 광 아이솔레이터

그림11. 광 아이솔레이터의 원리. 광 아이솔레이터 없음(왼쪽), 광 아이솔레이터 있음(오른쪽)

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5-3. 국립대학법인 규슈대학

(1) 정상 플라즈마 제어학 연구실(하나다 가즈아키 교수)

(2) 선진 플라즈마 이공학 연구실(데사 히로시 교수)

그림12. 고주파 장치를 이용한 QUEST의 플라즈마 시제작 모식도

(3) 핵융합 플라즈마 물성제어공학연구실(이토 다케시 교수)

그림13. 플라즈마 단면에서의 난류 구조와 고온 플라즈마 내부 측정기 예

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5-4. 국립대학법인 교토대학

(1) 교토대학의 핵융합 연구 개요

(2) 'Heliotron J' 장치

그림14. Heliotron J 장치의 실물 사진(왼쪽)과 모식도(오른쪽)

(3) 최근 연구성과사례(교토대학 보도자료)

그림15. Heliotron J 장치와 그 자기장 구조(왼쪽) 및 관측된 펠릿 주변의 ‘흔들림’ 구조(오른쪽)

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5-5 국립대학법인 쓰쿠바대학

(1) GAMMA 10/PDX

그림16. 축대칭화 탠덤미러장치 GAMMA 10/PDX의 외관

그림17. GAMMA 10/PDX의 구성

그림18. GAMMA 10/PDX의 모식도

그림19. GAMMA 10/PDX의 엔드부에 설치되어 있는 다이버터

(2) Pilot GAMMA PDX-SC

그림20. Pilot GAMMA PDX-SC의 외관

그림21. Pilot GAMMA PDX-SC의 구성

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5-6 국립대학법인 도쿄대학

(1) 자기장 가둠과 토카막 배위

그림22. TST-2 구형 토카막 장치

(2) 파동을 이용한 가열 전류 구동

그림23. 파동 시뮬레이션

그림24. 다양한 안테나

그림25. 파동을 이용한 전류 구동 프로세스

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5-7. 국립연구개발법인 양자과학기술연구개발기구(QST)

(1) JT-60SA 계획

그림26. JT-60SA 계획 개요

(2) ITER 프로젝트

그림27. ITER 본체 모식도

그림28. ITER 본체의 구성

그림 29. 일본이 제작하고 있는 ITER 기기류

(3) 원형로

그림30. 발전까지의 로드맵

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6. 핵융합기술 관련 민간기업의 대응 동향

6-1. 주식회사 EX-Fusion

(1) 레이저 방식의 핵융합 상용로 실현을 목표로 하는 EX-Fusion

(2) 반도체 여기의 고출력 펄스레이저(LD)에 의한 압도적 성능

그림31. 고출력 펄스레이저의 세계와 일본의 전략 차이

(3) 고출력 레이저를 보다 멀리서 보다 정밀도 높게 표적에 맞추는 기술

(4) ’레이저 핵융합 상용로를 목표로 한다’는 것은 ‘새로운 광산업을 창출한다’는 것으로 이어진다

그림32. 레이저 핵융합 상용로 실현을 위한 기술개발과 광산업 창출을 통한 수익 양립

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6-2 교토퓨조니어링 주식회사

(1) 교토퓨조니어링의 VISION & MISSION

①VISION

②MISSION

(2) 교토퓨조니어링의 테크놀로지

①플랜트 엔지니어링 기술

②노심 요소 기술

그림33. 교토퓨조니어링의 사업영역

(3) 세계 최초 퓨전 에너지 발전 시험 플랜트 건설

그림34. 퓨전 에너지 발전 시험 플랜트 UNITY의 이미지

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6-3. 주식회사 Helical Fusion

(1) Helical Fusion의 핵융합 기술

그림35. 헬리컬 방식의 어드밴티지

(2) Helical Fusion의 사업계획 개요

그림 36. 핵융합로의 개발 단계와 스케줄

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7. 핵융합기술의 장래 전망