`인공태양' 2025년 불 밝힌다

<출연기관 성과 30선> 한국형 핵융합장치 KSTAR

`인공 태양'으로 불리는 한국형 차세대 초전도 핵융합 실험장치 `KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)'가 꿈의 에너지인 핵융합 발전을 향한 첫 실험에 착수했다. KSTAR는 핵융합이 일어나는 환경을 실현하기 위해 만든 실험장치로, 2007년 8월 세계에서 6번째로 건설했다. 지난 9일 국가핵융합연구소에서 KSTAR의 본격적인 가동을 축하하는 기념식을 열었다. 이에 따라 KSTAR는 2년여 진행된 시험 가동을 마치고 국내외 과학자들이 제안한 45개 실험 과제를 수행하기 시작했다.

핵융합은 태양이 열에너지를 만드는 원리와 같다. 태양은 높은 온도와 강력한 중력으로 99% 이상이 플라스마 상태다. 플라스마란 원자핵과 전자들이 분리돼 있어 기체보다 훨씬 자유로운 상태다. 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 네 번째 상태로 불리며 이 상태에서 핵융합 반응이 일어나게 된다. 이런 초고온의 플라스마 상태에서 수소 원자핵들은 서로 융합해 헬륨으로 바뀌면서 잃어버린 질량만큼의 엄청난 에너지를 낸다.

핵융합 발전은 이 원리를 이용해 전기를 생산하는 것이다. 과학자들은 바닷물 등에서 얻는 삼중수소 300g과 중수소 200g만으로 고리 원자력발전소 1호기가 4일 동안 생산하는 200만 kW의 전기를 얻을 수 있다고 보고 있다. 핵융합은 발전의 원료를 바닷물에서 쉽게 구할 수 있고 온실가스도 거의 발생하지 않아 석유고갈과 지구온난화 문제를 동시에 해결할 꿈의 에너지로 각광받고 있다.

KSTAR는 지난해 7월 첫 플라스마 시험에서 당초 목표한 온도 섭씨 1000만 도, 지속시간 0.249초를 얻는 데 성공했다. 올해 12월까지 지속시간을 2초로 늘리고 플라스마 품질을 좌우하는 전류와 자기장의 세기를 끌어올릴 예정이다. 내년에는 핵융합이 잘 이뤄지도록 플라스마의 단면 모양을 `O'자에서 `D'자로 바꾸는 실험도 진행한다.

국가핵융합연구소 권면 선임단장은 “2025년까지는 핵융합 발전이 가능한 수준인 섭씨 5000만~1억 도의 플라스마를 300초 이상 유지할 수 있을 것”이라고 예상했다. 이를 위해 연구소 측은 한국과 미국, 유럽연합(EU) 등 7개국이 참여한 국제핵융합실험로(ITER)사업단과 미국 프린스턴고등연구원, 미국 오크리지국립연구소 등 해외 유명 연구기관과의 협력도 확대할 예정이다. 핵융합 전문가들은 2045년경이면 핵융합을 이용한 발전소가 등장할 것으로 내다보고 있다. /배문숙 기자