한국의 핵융합 실력, 1억도에서 30초 가동…중국과 본격 경쟁

중국은 최근 태양 보다 5배 더 뜨거운 에너지를 인공적으로 만들었다. 일본은 2050년까지 핵융합 원자로 프로토 타입을 만들 것이라고 밝혔다.

이에 중국과 일본 인접 국가이고 에너지 소비재의 대부분을 수입에 의존하는 우리는 핵융합에서 어느 정도 경쟁력을 지니고 있는가를 소개한다.
대전에는 깨끗하고 안전하며 사실상 무한한 에너지의 공급처인 핵융합 발전소가 있다. 대전 한국과학기술연구원과 한국원자력안전연구원(KFE)으로 표시된 건물 사이에 자리 잡은 초전도 핵융합 발전소는 '인공 태양'을 만든다.

1995년 설립된 KFE는 437명의 직원을 고용하고 있으며 연간 예산은 2억 달러다. KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)를 수행한다. 지난해 말 전 세계 과학 미디어에서는 이 시설이 획득한 기록에 흥분했다.

한국핵융합에너지연구원의 KSTAR 프로젝트는 지난해 11월 24일 섭씨 1억도 이상의 이온 온도에서 플라즈마를 30초간 연속 운전했다고 발표했다. 이는 종전 기록의 2배가 넘는 수치였다. 이것은 실행 가능한 핵융합으로 가는 길에 대한 고무적인 이정표였다.

현재 인류는 가장 야심찬 과학 프로그램 중 하나인 국제 핵융합 실험용 원자로(International Thermonuclear Experimental Reactor)를 2027년 완공을 목표로 프랑스 남부에 건설 중이다.

ITER 35개 회원국에는 한국이 미국, EU(영국 포함), 인도, 일본과 함께 러시아, 중국과 같이 포함되어 있다.

핵융합은 연료는 쉽게 구할 수 있지만 엄청나게 복잡하다. 리튬과 중수소를 융합하여 이온과 가스에서 분리된 전자가 플라즈마가 되는 수소 상태로 전환하는 거대하고 특수화된 장치가 필요하다. 핵융합이 일어나기 위해서는 온도를 높이고 특별한 열을 유지해야 한다.
KSTAR가 하는 것은 이런 과열 플라즈마의 유지 또는 보존이다. 실험적 핵융합 반응인 토카막은 SF 영화의 완벽한 세트 장소가 될 맨션 크기의 장치다.

토카막은 강력한 자기장을 사용하여 플라즈마를 도넛 모양의 진공 링에 가둔다. 내부 플라즈마는 열 장치로 측정할 수 없을 정도로 뜨거운 열에 도달한다. 플라즈마를 1억 도까지 가열해야 융합이 발생한다.

지난 해 11월 1억 도에서 30초 가동했는데 다음 단계로 넘어가야 한다.

우선 300초가 1차 관문이다. 정상 상태 작동을 보여주기 위한 최소의 시간 프레임이 300초다. 이 단계에 도달해야 플라즈마는 영원히 작동할 수 있다. KSTAR의 목표는 2026년이다.

상대적으로 늦은 가운데 한국에게도 희망은 있다. KSTAR는 이온 가열 시스템의 우수성을 인정받고 있으며 플라즈마 모니터링을 위한 세계적 수준의 진단 기능을 보유하고 있다.

한국이 이 분야에서 발전 가능성을 인정받는 또 다른 이유는 토카막이 요구하는 종류의 초고응력 금속과 기계를 생산할 수 있는 산업 기반을 보유한 점이다.

한국은 조선, 철강, 건설 및 엔지니어링 분야에서 핵심 기술 보유국이다. KSTAR에는 세계 굴지의 조선소인 현대중공업을 비롯해 삼성건설, 삼성종합기술원이 참여하고 있다.

한편 중국은 이미 1억2600만 도 이상에서 17분 가동했다. 놀랍다.

한국과 중국은 기술적 접근에서 차이가 있다. 고성능의 안정적인 운영에 도달하기 위해 서로 다른 경로를 밟고 있다. 플라즈마는 이온과 전자의 조합인데 KSTAR는 이온을 가열하고 중국(EAST)은 전자를 자극한다.

보완적 경쟁 체제다. KSTAR 현장에는 중국인 인력이 근무하고 있다.

중국과 한국 프로젝트 모두 핵융합 에너지 발전 성패가 될 글로벌 프로젝트의 구성 요소이기에 협력이 가능하다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com