인류 구원할 '인공태양' 기술 어디까지 가능한가?
[데일리포스트=신다혜 IT전문 기자] “이 실험을 바탕으로 세계 최초 초고온 플라스마를 10초 이상 안정적으로 유지하는데 도전 할 것이며 최종 목표는 30초 달성입니다”(윤시우 KSTAR 연구센터장)
‘꿈의 에너지’로 불리고 있는 인공태양 에너지 발전이 한발짝씩 성장하는 추세다. 이에 자연친화적이고 무한한 에너지 시대가 도래할 것으로 기대된다.
인공태양은 태양에너지 원리를 활용한 핵융합에너지다. 태양이 높은 온도와 압력을 받으면 핵 융합이 일어나 에너지를 만든다. 지구상에서 중수소와 삼중수소의 핵융합을 통해 에너지를 얻는 방식이다.
중수소는 바닷물에서 채취할 수 있어서 무한자원으로도 불린다. 폐기물 또한 적고 핵분열 방식을 사용하는 기존 원자력 발전과 비교해 폭발위험이 없다. 차세대 에너지로 각광받고 있는 이유다.
태양이 타오르는 원리와 같아 ’인공태양‘으로 불린다. 그러나 태양보다 중력이 훨씬 작은 지구에서 행융합 반응을 일으키려면 태양 중심 온도인 1500만 도를 훨씬 웃돌아야한다. 태양보다 7배 높은 1억도 이상의 고온, 고밀도 플라스마를 오랜시간 유지해야한다.
태양보다 중력이 약한 지구상에서는 핵융합 반응을 일으키기 위해 관련 장치가 필요하다. 현재 연구된 여러 방식 중 초고온의 플라스마를 D자 모양 초전도 자석으로 자기장을 만들어 가두는 토카막 방식이 실용화에 근접한 것으로 보인다.
초전도 토카막은 최신 핵융합 장치로, 자기장으로 플라스마를 가두는 둥근 도넛모양을 띈다. 미국,중국,러시아, 일본 등 세계 7개국이 연합한 국제핵융합실험로(ITER)와 중국 EAST 등 최근의 핵융합로가 대부분 초전도 토카막을 이용 중이다.
한국의 핵융합연구장치 KSTAR도 토카막 방식을 통해 핵융합을 연구중이다. 국가핵융합연구소는 지난 2008년 최초 플라스마를 발생시켰다.
이듬해 본격 가동했으며 2010년에는 초전도 핵융합장치에서의 고성능모드인 H-모드를 달성했다. 올해 실험 10주년을 맞았다.
최근 KSTAR는 세계 최초로 중심 이온온도 1억도 이상의 초고온 고성능 플라스마를 1.5초간 유지하는데 성공했다고 13일 발표했다. 핵융합 반응은 이온온도를 높이는게 핵심이다. 이번 성공으로 핵융합 에너지 실용화에 한발 더 다가섰다는 평가다.
한국은 ’인공태양‘으로 불리는 이 장치로 세계 핵융합연구를 이끌고 있다. 현재 프랑스 남부에 건설하는 인류 최대 프로젝트 ITER 건설에서 핵심 역할을 하고 있다.
해당 실험로는 2020년부터 토카막을 제작, 조립해 2025년에 첫 플라스마 생성을, 2060년대에는 상업용 핵융합로를 목표로 하고 있다.
핵융합 플라스마 1억도 달성은 이미 중국에서 달성한 바 있다. 중국 과학원 플라스마물리연구소는 지난해 11월 핵융합실험로인 EAST를 활용해 1억 도 달성에 성공했다고 공표했다.
그러나 이는 핵융합의 비핵심 요소인 전자온도를 올렸다는 설명이다. 따라서 핵융합의 핵심 역량인 초전도 토카막 핵융합 성공은 KSTAR가 최초임을 강조했다.
중국 현지 매체에 따르면 중국은 2035년을 목표로 핵융합 발전소를 지을 계획이다. 국내 핵융합에너지개발 진흥기본계획에 따르면 핵융합 에너지를 활용한 상용발전소는 2050년 즈음에 건설할 예정이다.
아직 핵융합 부문에서 어느나라도 주도권을 쥐지는 않은 실정. 이만큼 기술 장벽이 높고 풀어야할 과정이 많다는 의미다.
한편 국가핵융합연구소는 오는 20일, 서울에서 열리는 국제 핵융합 학술대회 ‘KSTAR 콘퍼런스 2019’에서 국내외 연구자들에게 이번 연구성과를 발표할 예정이며 올해 중성입자빔 가열장치(NBI)를 추가 도입한다는 방침이다.