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1. 개요 핵융합 에너지 개발은 에너지 안보, CO 2 절감, 개발도상국 등의 본격적인 경제발전, 에너지 소비 확대와 금세기 후반부터 본격화되는 지구규모의 CO 2 방출 절감 등 모두를 동시에 가능하게 하는 에너지 기술이다 지금, 핵융합에 요구되고 있는 것은 보다 빠른 실용화와 CO 2 절감 기여의 가능성이다. 본 로드맵 검토는, 그러한 관점에서 기술적 실현성과 확실성을 해치지 않는 범위에서, 가능한 한 조기에 핵융합 에너지를 실현해, 지구환경 문제 해결이 가능한 시나리오에 적합하도록 한 것으로, 구체적으로는 2050년대에 최초로 실용적 핵융합 투입을 목표로 한다. 2. 핵융합에너지 실용화 로드맵 21세기 중엽까지 핵융합 에너지의 실용화 목표를 달성하려면, 2040년까지 핵융합 원형로의 발전 실증이 되고 있어야 한다. 우선, ITER(국제핵융합실험로)의 건설단계부터 BA(Broader Approach, 일본과 EU가 ITER의 원격운전 연구와 연구센터 설치 등을 추진하는 프로젝트)기간중에는 BA로 설정된 R D를 진행시키고 성과를 내면서, 실현가능한 원형로 개념의 최적화를 포함한 기본 검토를 진행시킨다. 국제핵융합재료조사시설(IFMIF) 건설은 BA기간 종료와 무관하게 2014년에 건설을 시작할 필요가 있다. 그 공학 실증 및 공학 설계 활동(IFMIF-EVEDA) 후반에는 건설 설계 단계에 들어간다. 노설계에서 BA와 병행해 사업성과를 반영하면서, 노의 설계 방침을 기본 검토로 조속히 매듭지어, 2014년 전후에는 건설을 전제로 한 공학설계와 이에 필요한 R D를 개시한다. 원형로의 기본적인 장치 개념을 좌우하는 공학과제는 ITER 건설과 BA기간중에 진행해야 한다. 그리고 2014년 이후는 공학 설계 R D로 이행한다. ITER 운전개시 후에는 ITER에 의한 高게인의 DT연소(Q10)를 확인한 시점까지의 R D 진척, JT-60SA 성과, 이론 시뮬레이션 성과 등을 기초로 원형로 건설 설계 개시를 판단해, 건설을 위한 제조설계를 2022년경에 개시한다 플라스마 성능에 대해서는, ITER로의 연소확인 외에 2022년까지는 JT-60SA로 안정적인 高베타·정상 운전을 확인해, 그 스케일링을 원형로 설계에 즉시 반영한다. 원형로용 블랭킷(Blanket)에 대해서는, 일본의 주개념형 블랭킷(수냉각고체 증식 베이스)을 사용할 수 있는 것을 전제로 해서 원형로 설계를 한다. 블랭킷은 ITER용 TBM1호기의 실물 모형 시험을 즉시 개시해 건설중인 ITER에 설치한다. 2011년부터는 2호기의 실물 모형 시험후, 제조설계를 거쳐 TBM2호기를 제조해 DT연소 직후에 TBM1호기와 교환한다. 원형로 설계는 TBM2호기를 기본으로 진행하게 된다. 일본의 주개념 TBM에 병행하고, 각종 선진형 블랭킷(고온형 고체 증식 또는 액체)의 개발도 국제협력 등을 통해 진행한다. 2028년부터의 건설이 늦어지지 않으면, 주개념의 고성능화형 또는 선진형 블랭킷을 원형로에 투입한다. 원형로 사용에 인허가를 얻을 단계에서 IFMIF에 의한 150dpa 정도의 조사(Irradiation)가 종료한다. 원형로는 2036년에 운용을 개시해 4년 정도의 시운전 기간을 거쳐 연소발전시험을 시작해, 정상운전까지 단계적으로 이행한다. 다만, 플랜트 규모의 발전 실증은 시운전 기간중에도 실시할 수 있어, 발전 실증이라는 의미에서는 2040년 이전에 실현될 수 있다. 블랭킷의 개량을 진행시켜 최종적으로는 충분한 경제성을 확보할 수 있는 성능 전망을 얻는 것을 목표로 한다. 3. 기술전략 (1) 블랭킷 개발 - ITER용 TBM : BA에는 포함되지 않지만, 실험사양을 채우면서 ITER측(또는 프랑스)으로부터의 안전요구기준도 충족시키는 TBM의 개발·제조를 추진할 필요가 있다. - 원형로용 블랭킷의 개발 관련한 기준 정비 필요 (2) ITER용 SC의 성능을 넘는 원형로용 SC코일의 개발(강자장화, 고전류 밀도화) ITER와 같은 성능의 코일로 원형로를 만든다면 대형로가 된다. 强자장화를 위해서 Nb3Sn 이외로 한다면, BA기간중 기본적인 신뢰성을 확인해야 한다. 선재철강의 양산 체제 확립도 중요하다. 또, 강대한 전자력을 지지하기 위한 구조재의 개발도 필요. 초전도 선재철강은 원형로 건설시에게만 대량으로 필요하고, 그 다음은 당분간 필요하지 않다는 점도 주의할 필요가 한다. (3) 원형로를 위한 디버터(Diverter) 방호구조나 재료가 ITER용과는 다르다. ITER로 최종적으로 성능을 확인하는 경우, ITER에는 신뢰도의 높은 것 밖에 넣을 수 없기 때문에 충분한 사전 개발 계획이 필요하다. (4) Li-6의 농축·양산 기술 및 초기 장하 트리튬의 입수방법 검토 세라믹 증식재를 채용하는 한, Li농축은 TBR 확보에 필수로 연간 100톤 수준의 제조가 필요하지만, 그런 대용량을 가진 공장은 현재는 없다. 핵 보유국은 기술을 가지고 있을 가능성이 있지만, 100톤이나 해외로부터 살 수 있다고는 생각되지 않는다. 개발이 가능한 기술이지만, Li-6의 양산 체제 정비가 늦으면, 개발 일정의 제약을 받는다. (5) 냉각계의 트리튬 관리 기술 냉각계 배관의 트리튬 투과 저감 피막의 개발과 냉각수의 수질 관리 기술의 확립 및 관련법 정비가 필요하다. (6) 정비방법 개발 원형로의 개념 설계를 확정하기 위해서는, 정비 방법을 결정할 필요가 있다. 거기에는 이하와 같은 개발이 필요하고, BA기간에는 그 결과에 의해 기본방침을 결정해 두어야 하는 것이다. - 대형 중량물의 원격 조작, 이동, 설치 기술 등 - 로봇 기술 등. 다만, 이것은 타분야에서의 성과를 도입할 수 있을 가능성이 높다. (7) 핵융합로 규격기준 검토개시 (8) 환경안전성 평가수법 개발 - 안전확보와 그 평가를 위한 방법론 - 안전성 데이터베이스 (예. 핵융합 특유의 핵종에 대한 방사선 리스크 평가 및 관리 기준치의 제안) - 종합적 트리튬 안전(환경중의 트리튬 거동, 생태계에서의 동태, 생물 영향 등) - 사회 수용성을 고려한 방사성 폐기물의 관리·처리·처분법 (9) 국내 중점화 토카막 장치로서의 JT-60SA를 이용한 실험 연구 JT-60SA는 일본의 국내 계획인 토카막 중점화 장치로, 이에 필요로 하는 건설비·운전비 등은 BA와는 별개로 이해된다. 국내 중점화 장치로서의 부분에 대한 운전비용, 실험비용 등은 BA프로젝트에는 포함되지 않기 때문에 별도 예산이 필요하다. 1. 보고개요 1-1 인류의 지속 가능한 발전에서 본 핵융합 개발 로드맵의 목표에 대한 고찰 1-2 로드맵 개요 1-3 원형로 개발을 위해 필요한 연구·기술 항목 2. 로드맵 각 대항목의 개요 2-1 원형로 관련 법규·기준 2-2 노시스템 설계 작업 2-3 토카막 본체 2-4 블랭킷 개발 2-5 토카막 주변기기 2-6 유체 제어 2-7 정비 2-8 플라스마 2-9 가열전류 구동 2-10 계장제어 2-11 트리튬 2-12 연구 최종 단계 기술개발 2-13 전원 제어 2-14 발전 시스템 2-15 부지·건물 2-16 안전환경 2-17 플랜트 엔지니어링 2-18 프로젝트 관리 3. 일본의 기술전략과 역할 분담 3-1 기술전략상 분류 3-2 원형로의 개발 및 건설 체제의 예 3-3 프로젝트 규모 4. 대항목별 로드맵 4-1 전체 로드맵 4-2 기술 맵, 항목별 로드맵, 기술분류(D, D*, I, F) 5. 정리 |
