2021년 11월 22일, 한국의 인공태양 KSTAR가 1억도의 고온 플라즈마를 30초간 유지하는 데 성공했다는 소식이 있습니다. 한국의 핵융합 기술 수준을 세계에 알린 이 연구의 성과를 통해 핵융합 기술에 대해 알아보겠습니다.
핵융합 에너지:탈산소 시대를 이끌어갈 각광 받는 청정 에너지원
먼저 인공태양을 만드는데 사용한 행융합 에너지에 대해 설명하자면, 핵융합 에너지는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의해 밝혀진 질량 에너지 등가 법칙(E=mc2)에 기초한 에너지 생산 방법이다. 양성자와 중성자를 가진 중수소와 양성자와 중성자 2개를 가진 트리튬이 충돌하여 헬륨 원자를 형성한다. 이때 헬륨 원자의 질량은 중수소나 삼중수소보다 작기 때문에 수소 원자의 원자핵이 결합하여 무거운 헬륨 원자가 될 때 생기는 질량 손실분만큼 핵융합 에너지를 얻을 수 있다. 태양은 핵융합 에너지의 가장 대표적인 공급원이다. 태양 내부에서는 이러한 핵융합 반응이 끊임없이 일어나고 빛과 열을 생성하는데, 이 때문에 핵융합 기술은 '인공 태양'이라고도 불리운다.
핵융합 발전은 탈탄소화 시대를 선도할 차세대 에너지로 많은 주목을 받고 있다. 핵융합 연료인 중수소는 해수에서 얻어지며, 삼중수소는 핵융합로에서 리튬이라는 금속 원소가 핵 변환되어 얻어진다. 현재 인류가 사용하는 에너지 양으로 계산하면 전 세계에 저장된 리튬은 인류 문명을 1500만년 동안 유지하기에 충분하다고 한다. 핵융합 연구가 성공하면 거의 무한한 에너지 자원을 확보했다는 것을 의미한다. 또한 화력발전이나 원자력발전은 온실가스, 미세먼지, 방사성물질 등의 폐기물을 배출하지만, 핵융합발전은 환경에 유해한 물질을 전혀 배출하지 않는 청정에너지원이다. 핵융합 에너지는 대량의 에너지를 저렴하고 청정하게 얻을 수 있기 때문에 인류의 미래 운명을 건다고 해도 과언이 아니다.
다시 본 주제로 돌아와 한국은 지난 1995년에 핵융합 에너지 개발 선언 이후, 한국형 핵융합장치인 KSTAR 건설을 발표 했습니다. 당시 한국의 기술 수준으로는 무리라는 부정적인 의견이 난무했지만, 2007년 9월에 무사히 건설을 마쳤습니다. 2018년애 1억도를 1.5초간 ㅇㅍ지, 2020년에는 20초, 2021년에는 무려 30초를 유지시켜 꾸준히 성과를 내고 있다. 특히 2021년의 30초라는 기록은 (내부수송장벽)이라는 기술을 이용하여 고온을 유지할 수 있었다. 또한 디버터를 설치해 핵융합 중 생성된 헬륨과 같은 불순물들을 배출할 예정이다. 이를 통해 2026년에는 1억도를 300초를 유지할 계획이라고 한다.
