태양력을 활용할 때 측정이 중요한 이유

최근 헥사곤은 ITER 측정 그룹의 리더인 Dave Wilson과 함께 세계에서 가장 흥미로운 에너지 연구 프로젝트 중 하나를 정확하게 건설하는 데 헥사곤 측정 솔루션을 어떻게 활용하고 있는지를 이야기해 볼 수 있었습니다.

Dave 님, 저희와 만나주셔서 감사합니다. ITER이란 무엇인가요?

ITER은 프랑스 남부의 생폴레듀랑스에서 건설되고 있는 실험 장비로, 핵융합이 에너지원으로서 실효성이 있는지 시험 및 검증하고 있습니다. 핵융합은 태양계 주위의 별에서 발생하는 프로세스인데, 수소 동위원소를 하나로 융합하여 에너지를 생성합니다.

우리가 하려는 일은 이와 같은 작은 별을 지구에 만드는 것입니다. ITER 장비는 태양계 주변의 별과 거의 동일한 방식으로 작동합니다. 우주 안에서 발생하는 것과 같은 융합 반응을 진공 안에서 발생시킵니다. ITER에는 중수소와 삼중수소 연료를 주입한 다음 이들을 결합하여 헬륨을 만들어 막대한 양의 에너지를 생산하는 진공실이 있습니다.

태양에서는 중력에 의한 엄청난 압력이 있습니다. 우리는 이 정도의 압력에 도달할 수 없으므로 대신 온도를 높여야 합니다. ITER에서 일어나는 반응의 온도는 태양보다 10배 더 높습니다. 태양은 1,500만 도니까 1억 5천만 도인 것이죠.

엄청난 온도처럼 들릴 텐데 실제로 그렇습니다. 이 가스는 플라스마라고 하는 초가열된 기체인데, 이 온도가 ITER 장비 내부의 구성요소에 영향을 주지 않도록 플라스마를 잘 제어해야 합니다. 이를 위해 가스를 이온화한 다음 매우 강력한 자석을 사용하여 플라스마를 제한하고 다듬어 필요한 곳에 배치하는 방식으로 가스를 제어합니다.

ITER에는 매우 강력한 초전도 자석이 있어 플라스마를 제어할 수 있습니다. 반응이 일어날 때는 엄청난 양의 에너지가 발산되는 데 이게 바로 우리가 사용하려 하는 에너지입니다.

그렇다면 ITER의 어디에서 측정이 사용될까요?

장비가 사양에 맞게 작동하려면 자석이 매우 정확하게 정렬되어야 합니다. 자석의 높이는 17m이고 정렬 공차는 1mm입니다. 이를 정렬하기 위해서는 가능한 최고의 장비가 필요하며, 헥사곤의 기술이 필요한 부분입니다.

ITER에서 사용 중인 특정 헥사곤 장비에 대해 말씀해 주시겠습니까?

저는 2008년부터 ITER에서 일하기 시작했는데, ITER의 건물과 하부구조가 만들어지고 1km의 플랫폼이 구축된 직후입니다.  가장 먼저 해야 했던 일은 건물을 건축하기 위한 데이터 시스템을 구축하는 것이었고, 시스템은 차차 건물로 이전되었습니다.

처음 사용했던 헥사곤 제품은 매우 정밀한 토탈스테이션이었는데 매우 높은 정확도의 앵글 인코더를 사용하여 몇 킬로미터까지 측정할 수 있었습니다. 네트워크는 GPS 및 디지털 레벨링 기술과 결합된 이 장비로 측정했습니다. 이 모든 기술을 활용하여 결합한 데이터를 가지고 네트워크를 구축했는데, 이곳은 2mm가 넘는 광활한 곳이기에 반신반의하는 상황이었습니다.

그다음, 우리는 이제 ITER 장비를 건설하기 시작했습니다. 요구 사항이 매우 정밀했기에 최고의 장비가 필요했습니다. 그래서 레이저 트래커를 사용하고 있습니다. 이 레이저 트래커는 반사경을 측정하는 기존의 기술과 표적 없이 측정할 수 있는 ATS600과 같은 신기술을 모두 사용합니다.

반사경을 측정해야 하는 경우, 반사경을 배치한 뒤 표적으로 설정하면 장비를 이동할 때마다 반사경도 이동해야 합니다. 즉, 구성 요소가 크면 시간이 많이 걸립니다. 반사경이 없는 표면까지 직접 측정할 수 있는 직접 스캐닝 기능이 있는 ATS600을 사용하면 반사경을 배치할 필요가 없습니다. 표면을 직접 측정하여 즉각적인 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 측정 속도가 매우 빠르므로 생성한 전체 포인트 클라우드로 대량의 볼륨을 나타내면서, 데이터를 적절한 시간 내에 다시 가져올 수 있습니다.

이렇게 시간이 짧아야 하는 이유는 리버스엔지니어링을 수행해야 하기 때문입니다. 충돌 분석을 실시하여 한 단계에서 다른 단계로 넘어갈 때 부품의 통합 여부를 확인해야 합니다. 이러한 구성 요소는 매우 비싼 편입니다. 대부분이 은판 코팅에 TF 코일로 감싸인 열 차폐대와 같이 매우 섬세한 소재로 코팅되어 있습니다. 따라서 이러한 코일의 궤적을 정의할 때는 그 어떤 구성요소도 손상시키지 않는 방식으로 결합할 수 있는지 확실히 확인해야 합니다.

ITER에서 품질 담당 팀이 맡고 있는 다양한 역할과 책임에 대해 더 자세히 설명해 주시겠습니까?

저는 4명으로 구성된 그룹의 리더이며, 하청업체의 지원을 받고 있습니다. 저희 그룹은 여러 역할을 맡고 있습니다. 단순히 장비를 측정하는 것만이 아니라, 공급망과 장비를 제작하는 하청업체의 품질도 보장해야 합니다.

저희 팀이 주로 하는 업무는 정렬 방법 및 검사 방법의 제안을 비롯해 이러한 프로세스의 검증, 절차 평가 및 승인, 공급업체 및 파트너가 제공하는 데이터 평가이며, 이를 통해 ITER 프로젝트가 양질의 지식을 얻을 수 있도록 합니다.

13년 전 이곳 ITER에서 작업이 시작되었을 당시의 측정 기술은 현재 방식과 상당히 달랐습니다. 당시에는 어땠는지, 현재의 측정 기술까지 어떻게 개발했는지 말씀해 주실 수 있습니까?

제 측정 경력은 25년 전에 시작되었습니다. 그 당시 우리는 지그와 고정구를 이용해 정렬했지만, 정렬 요구 사항은 점점 더 엄격해졌습니다. 즉, 시스템을 개선해야 했습니다.

이때 헥사곤에서 나온 첫 번째 시스템은 데오도라이트를 교차하는 방식이었습니다. 공차를 맞추긴 했지만 매우 느리고 시간이 많이 소요되었습니다. 소프트웨어도 그렇게 뛰어나진 않았습니다. 당시에는 쓸만했지만 지금 쓰기에는 부족합니다.

제가 ITER에서 일을 시작했을 때는 데오도라이와 GPS를 사용했지만 지금은 정밀도가 절대적으로 필요한 단계에 있기에 촬영 속도와 공정 중 장비 활용 여부가 매우 중요합니다. 시간은 모든 산업에서 금이며, ITER에서는 더더욱 중요합니다.

또한 건설이 진행될수록 문제를 발견하면 해결하기 어려워지기 때문에 조기에 부적합한 부분을 찾아야 합니다. 프로세스 초기 단계에서 구성 요소의 변화를 이해하는 것이 매우 중요합니다.

ITER은 초기 단계에서 공정을 살피고, 획득한 데이터를 평가하고, 실행 중인 프로세스를 평가하고, 진행 중인 상황의 위험도를 평가한 뒤 이 모든 정보를 사용하여 위험도가 낮으면서 효율성이 뛰어나고 필요한 결과를 얻을 수 있도록 우리 팀과 파트너에게 전달했습니다. 측정은 이러한 과정에서 매우 중요합니다.