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미군, 5년 안에 핵융합로 우주로 보낼 예정

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미군, 5년 안에 핵융합로 우주로 보낼 예정

인공태양의 역할을 할 수 있는 핵융합로.
인공태양의 역할을 할 수 있는 핵융합로.
미국 정부는 아주 작은 핵융합로를 우주로 보낸다는 계획 아래 2027년까지 시제품 가동을 위해 민간 회사와 제휴했다고 최근 외신이 보도했다.

핵융합은 가장 깨끗하고 효율적인 형태의 에너지 제공을 약속하기 때문에 과학자들이 수년간 연구해 온 물리학의 한 분야이다. 핵융합은 두 개의 원자핵이 하나의 무거운 핵으로 합쳐져 갖게되는 질량을 에너지로 바꾸는 것이다.
이것은 태양에 동력을 공급하는 과정과 같으며, 수소 원자들이 엄청난 열과 압력 아래서 헬륨을 형성하도록 환경이 조성된다.

이 과정을 인위적으로 재현하는 것은 매우 까다로운 작업이다. 핵융합 작업을 위해서는 태양 중심부의 조건을 모방하려면 다양하고 정교한 기계들을 만들어야 한다.

이 기계들은 도넛 모양의 것에서부터 반응 억제를 위해 거대한 자석을 사용하는 카막, 그리고 함께 발사체를 발사하는 거대한 총까지 있다. 핵 융합은 수십 년의 작업에도 불구하고, 전력망에 구축될 만큼 충분히 발전했다는 것을 증명한 것이 아직은 없다.

아발란체 에너지(Avalanche Energy)는 오비트론(Orbitron)이라고 불리는 비교적 작은 원자로에 대한 해답을 가지고 있다고 생각한다. 음전하를 띤 전극 주위의 작은 궤도에 고속 이온을 가두어 작동한다는 것이다.

아발란체 에너지는 이온 플라스마를 위한 작은 공간인 이온 트랩(ion trap)을 만들어냄으로써, 오비트론 뒤에 있는 그들이 길을 건너고 융합할 수 있는 많은 기회를 제공하기를 희망한다.

로빈 랭그리 아발란체 최고경영자(CEO)는 해외언론과의 인터뷰에서 "그 궤도가 작을수록 궤도의 진동수가 높아지기 때문에 더 많은 충돌이 일어나기 때문에 우리는 진동수가 매우 작은 것을 원한다."고 말했다.
필요한 전압은 엄청날 것이다. 이는 아발란체 팀이 극복해야 할 많은 엔지니어링 과제 중 하나이다. 만약 아발란체 팀원들이 할 수 있다면, 소형 원자로의 잠재적인 용도는 판도를 바꿀 수 있을 것으로 추측된다.

랭그리는 "소형 원자로의 세포를 생각한다면 그것은 핵융합 세포일 것”이라고 말했다. 결국 아발란테 팀은 이 전지들이 합쳐져서 메가와트의 에너지 출력을 낼 수 있는 더 큰 핵융합 배터리를 형성할 수 있을 것으로 생각하고 있다.

핵 융합 배터리는 많은 잠재적 응용 프로그램을 암시한다. 랭그리는 "우리가 가격을 낮추면 이와 같은 종류의 시장들이 점점 확대될 것으로 생각한다. 우리는 킬로와트시 당 100만달러(약 13억 원)부터 시작한다. 그 이유는 상업적인 우주 태양광이 있기 때문이다. 일단 킬로와트 당 10만달러(약 1억3000만 원)까지 떨어지면, 아마도 더 많은 응용 분야들이 생길 것이다. 킬로와트당 1만 달러(약 1300만 원) 또는 3000달러(약 390만 원)로 떨어지면 연료전지나 배터리 같은 다른 형태의 지상 에너지들과 경쟁하게 된다"고 설명했다.

한 가지 응용 분야는 우주선에 동력을 공급하는 것이다. 올해 5월 미군의 국방혁신부대(DIU)는 '차세대 핵 추진력과 전력'을 찾아 원자력 기술 기업에 계약을 수여했다고 발표했다. 아발란체는 그런 회사 중 하나였다.

이 계약의 목적은 2027년까지 지구 궤도에 성공적으로 프로토타입을 시연하는 것이다. 우주선에 탑재된 원자력 발전소는 전기 추진기에 동력을 공급할 뿐만 아니라 기능하는데 필요한 전기를 제공할 것이다.


김진영 글로벌이코노믹 기자