PyTok을 활용한 ST-E1 설계 및 시스템 모델링

토카막 에너지(TE)의 ST-E1 핵융합 발전소 사전 개념 설계를 지원하기 위해 새로운 시스템 코드인 PyTok을 개발했다. PyTok은 순수 파이썬 기반의 객체 지향 프레임워크 내에서 플라즈마 물리학 및 공학적 제약 조건을 체계화하여, 발전소 매개변수 공간의 신속한 설계 반복 및 탐색을 가능하게 한다. 이 코드 베이스와 기계 및 사람이 읽을 수 있는 데이터 구조는 외부 물리 코드 및 데이터 분석 도구와의 연동을 용이하게 한다. TE의 설계 철학과 기술 경제성 분석을 바탕으로 PyTok 코드를 활용하여 ST-E1의 초기 참조 설계 지점을 도출했다. 주요 반경 5.0m, 종횡비 1.9 ≤ A ≤ 2.3, 토로이달 자기장 3.25 ≤ BT ≤ 5.25 T의 토카막 파워 코어를 통해 상업적으로 경쟁력 있는 핵융합 발전소 구현이 가능하다는 것을 확인했다. 선정된 설계 지점은 파일럿 플랜트이자 상업적으로 경쟁력 있는 원자로 역할을 동시에 수행할 수 있으며, 이는 내부 용기 구성 요소 업그레이드 단계를 통해 동일한 영구 파워 코어 하드웨어로 구현된다. 상업 단계는 정상 상태 운전을 목표로 하며, kW당 12,000-15,000 달러의 정규화된 자본 지출을 예상한다. 이는 2.0-2.5 GW의 핵융합 출력과 800-1000 MW의 순 전기 출력에 해당한다.