핵융합 장치 ‘인공태양’, “원자력 발전소보다 안전하고 고효율” [지식용어]

[시선뉴스 심재민 / 디자인 이정선 pro] 이글거리는 태양. 태양은 지구에서 대략 1억 5천만km나 떨어져 있지만 특유의 방출되는 에너지로 똑바로 쳐다보기조차 힘들다. 이유는 태양에서 끊임없이 일어나는 ‘핵융합’ 때문으로 중심부의 온도는 1억도 이상이다.

인류는 이러한 태양의 엄청난 에너지에 주목해 왔다. 멀고 먼 거리에서도 눈부시게 빛나는 태양은 지구에까지 에너지를 공급하기 때문이다. 하물며 이 태양을 지구에 만들어 둘 수 있다면 그로인한 엄청난 에너지를 얻을 수 있지 않을까. 과학계는 이점에 주목하기 시작했고 ‘인공태양’에 관한 연구를 진행하기 시작했다.

‘인공태양’은 태양에서 끊임없이 일어나고 있는 핵융합을 인공적으로 발생시킬 수 있는 장치의 다른 말이다. 쉽게 ‘핵융합 장치’라 할 수 있다. 우리가 흔히 ‘핵’이라 하면 위험한 것으로 인식하기 때문에, 모르고 보면 ‘저 위험한 장치를 왜 구지 지구에 만들려 할까?’라는 오해를 할 수 있다. 하지만 현행 가장 큰 에너지원으로 꼽히는 ‘원자력 발전소’에 비해 훨씬 안전하게 더 많은 양의 에너지를 만들어 낼 수 있어 과학계가 주목하는 것이다.

쉽게 둘을 비교해보자. 먼저 우리가 익히 잘 알고 있는 원자력 발전소는 원료로 우라늄을 사용한다. 원자력 발전소는 현행기준 작은 원료로 많은 양의 에너지를 얻을 수 있기 때문에 각 국가에서 운용하고 있다. 하지만 원자력 발전소의 치명적인 단점이 있었으니 바로 ‘위험성’이다. 우선 가동 후 방사성 폐기물을 발생시키는데 이것의 반감기(물질의 농도가 처음의 농도의 반으로 감소되기까지의 시간)가 10만년 이상에 이른다. 따라서 계속해서 방사선을 내뿜기 때문에 오염으로부터 자유로울 수 없다. 그리고 최근 국내에서도 많은 논란이 일고 있듯 큰 지진 등의 이유로 원자력 발전소 폭발이 발생하면 치명적인 재앙이 될 가능성도 무시할 수 없다.

하지만 핵융합 장치는 그에 비해 안전성이 높다. 이유는 원료가 바닷물에서 발생시킨 수소와 중수소, 삼중수소를 이용하기 때문이다. 이중 삼중수소가 방사능을 방출하기도 하지만 우라늄의 0.04%에 불과하고 반감기도 우라늄보다 훨씬 짧은 약 10년에 불과하다. 그리고 폭발의 위험 역시 원자력 발전소보다 낮다. 지난 후쿠시마 원자력 발전소 폭발 당시 원자로의 열을 방출하는 특성으로 온도를 낮추지 못해 전전긍긍했던 모습이 생생할 것이다. 하지만 핵융합 장치는 내부의 수소에너지가 빛으로 변하면서 열을 흡수하기 때문에 스위치를 제때 내려 연료공급을 끊는다면 온도가 상승해 폭발하는 일을 방지할 수 있다.

핵융합 장치는 안전성만이 장점이 아니다. 만들어 낼 수 있는 에너지도 엄청난데, 수소 1g으로 무려 석유 8t에 해당하는 에너지를 발산한다. 또한 핵융합에 쓰일 원료인 ‘수소’를 지구의 70%를 이루고 있는 바다에서 뽑아낼 수 있기 때문에 자원고갈의 염려가 거의 없다는 점 역시 큰 장점이다.

이렇게 안전하고 효율성 높은 ‘인공태양’ 핵융합 장치는 난과제 한 가지가 있다. 바로 ‘열’을 다루는 기술이다. 이유는 중수소와 삼중수소를 가열해 태양의 표면과 같은 플리즈마 상태를 만들고 태양과 같은 1억도 이상의 온도를 유지해 지속적으로 플리즈마 상태를 유지해야하기 때문이다. 이 기술이 인공태양을 탄생시킬 수 있는 ‘키’라고 할 수 있고, 각 국가에서는 이 키를 쥐기 위한 연구가 진행되어 오고 있다.

그런데 최근 국내에서 인공태양에 대한 반가운 소식이 들려왔다. 인공태양의 핵심인 플리즈마 상태를 60초간 유지시킨 중국의 기록이 최고였는데, 대한민국의 국가핵융합연구소가 이보다 10초를 더 연장시켜 70초를 유지하는 기록을 세운 것이다. 향후 300초가 목표라고 하는데 이술 개발이 착착 이루어져 가까운 미래에는 안전하고 효율적인 핵융합 장치, 즉 인공태양이 대한민국에 뜨기를 바란다.