[금요일&과학] 플라즈마 1억도의 비밀

핵융합에너지 얻기 위한 초고온 물질
도넛모양의 토카막서 핵융합 만들어
향후 핵융합발전소 건설 위한 준비단계

2008년 6월 첫번째 플라즈마 발생에 성공한 KSTAR. 사진=국가핵융합연구소 블로그.

인간의 체온은 36.5도, 한여름 살인적 폭염 40도, 찜질방 50도, 용광로 2600도, 태양 외부온도 6000도, 플라즈마 1억도.

태양보다 뜨거운 1억도는 실제로 존재한다. 상상이 아니라 우리가 살고 있는 이 현실에서다.

태양의 원리를 이용해서 지상에서 플라즈마를 이용한 핵융합 에너지를 얻기 위해 1억도 이상의 초고온이 필요하기 때문이다.

우리는 가까운 미래에 지하자원이 고갈될 것을 우려한다. 이를 위한 차세대 대체 에너지로 무한한 연료, 대용량 발전을 포괄하는 핵융합에너지가 필요함에 전 세계는 공감하고 있다.

1억도가 넘는 초고온이 필요한 이유도 결국 미래 세대를 위한 에너지 확보를 위한 준비 단계인 셈이다.

과학자들은 무한한 연료의 답을 태양에 찾았다. 태양은 스스로 빛을 내고 그 에너지가 지구의 모든 생명체를 숨 쉬게 한다는 점을 주목한 것이다.

태양의 중심에서 일어나는 핵융합 반응을 재현할 수 있는 인공상태를 만들어 에너지를 생성할 수 있는 실험과 연구는 계속되고 있다.

핵융합에너지 만들기 위해서는 연료인 중수소(바닷물을 전기분해), 삼중수소(핵융합로 내 리튬과 중성자 반응)와 그리고 1억도의 플라즈마가 필요하다. 그리고 초고온의 플라즈마를 담을 용기가 있어야 비로소 핵융합에너지 실현을 위한 조건이 갖춰진다.

우리나라의 경우 플라즈마를 담고 있는 용기인 핵융합장치를 인공태양, K-STAR라고 부른다.

K-STAR는 도넛 형태의 토카막 자기장가둠 방식이다. 플라즈마가 전기적 성질을 띤 이온이기 때문에 전기장을 걸어주면 꽈배기처럼 일정한 방향으로 움직인다. 이를 도넛 형태로 이어주면 플라즈마는 도넛 안을 끊임없이 돌며 핵융합을 만들게 되는 원리다.

여기서 플라즈마의 온도가 1억도 이상이 돼야만 핵융합이 더욱 활발해지면서 폭발적인 에너지를 만들어낼 수 있는 힘이 생겨 난다.

우리나라의 핵융합에너지 개발은 선진국에 비해 다소 늦었지만 빠른 기술력으로 세계를 압도하고 있다. 최종 목표는 핵융합발전소 건설능력을 확보하는 것으로, 2011년까지 K-STAR 장치 운영 기술을 확보했고, 2026년까지는 DEMO 플랜트 기반기술개발에 방점을 찍고 있다.

국가핵융합연구소는 우리나라에서 유일하게 핵융합 연구를 하는 곳이다. 올해 K-STAR 운영은 8월로 예정돼 있다.
이해미 기자 ham7239@