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핵융합발전 연료 바닷물에서 뽑아내 사실상 무한대

인류 10대 난제에 도전하다 ① ‘인공태양’ 핵융합발전 
대전 국가핵융합연구소의 한국형 핵융합장치 KSTAR. [프리랜서 김성태]

대전 국가핵융합연구소의 한국형 핵융합장치 KSTAR. [프리랜서 김성태]

지난 7월 3일 대전시 대덕연구개발특구 내 국가핵융합연구소 2층 주 제어실. 52인치 모니터 검은 화면에 극지방 오로라를 연상케 하는 연보랏빛이 일어나기 시작했다. 처음엔 희미하던 빛이 갈수록 밝아지며 도넛 모양처럼 원을 그리며 안정되게 타올랐다. 이 빛은 34초 동안 지속된 뒤 사라졌다. 빛의 정체는 통제실 너머에 설치된 한국형 핵융합장치인 KSTAR 내에서 발생하는 섭씨 5000만 도의 플라스마다. 초고온의 플라스마를 안정적 조건 아래서 ‘장시간’ 제어하는 데 성공한 것은 세계 핵융합장치 중 KSTAR가 처음이다. 한국이 세계 핵융합 연구의 선두주자로 평가받는 이유다. 핵융합발전에서 가장 중요한 부분이 플라스마를 안정적으로 제어하는 기술이다.
 
오영국 국가핵융합연구소 KSTAR연구센터 부센터장은 “이번 성공으로 한국이 핵융합로 운전 핵심 기술 확보에 한 발 앞서게 됐다”고 말했다. 지난 6월에는 비록 불안정 상태이긴 했지만 초고온 플라스마를 72초간 유지하는 데 성공하기도 했다.
 
KSTAR에서 확보한 기술은 2025년부터 가동하게 될 프랑스 국제핵융합실험로인 ITER에 그대로 적용된다. KSTAR는 ITER와 똑같은 재료와 원리를 바탕으로 만든 핵융합장치다. 차이점이라면 ITER가 초고온 플라스마를 통해 500㎿의 열출력을 내는 것을 목표로 한다면, KSTAR는 플라스마 발생을 통한 장시간 운전기술 확보를 목표로 하고 있다. 실험로의 지름이 ITER의 경우 30m에 달하지만 KSTAR는 10m다. KSTAR를 ‘미니 ITER’라고 부르는 이유다.
 
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국가핵융합연구소는 KSTAR를 통해 2025년까지 ITER에 필요한 플라스마 운전기술을 확보하는 것을 1차 목표로 잡았다. 이후에는 이를 바탕으로 핵융합발전소 건설 능력을 익혀 핵융합실증로를 만들어 본 뒤 2050년대 핵융합발전소에서 전기 생산을 시작한다는 목표다.
 
한국은 1990년대까지만 하더라도 핵융합 분야에서 기술 후진국이었다. 79년 서울대에서 한국 최초의 핵융합장치 토카막 SNUT-79를 만들긴 했지만 선진국에 비하면 보잘것없는 수준이었다.
 
KSTAR 기획과 제작을 주도했던 이경수 ITER 사무차장은 “95년 한국이 중형 초전도 핵융합장치를 건설하겠다고 발표하자 세계 과학자들이 놀라움과 우려를 동시에 표했다”며 “국내에서도 거액의 국가 예산을 불확실한 계획에 투자한다며 곱지 않은 시선으로 바라보는 사람이 적지 않았다”고 말했다. 하지만 한국은 세계 최고 수준의 중공업 기술력과 그간 쌓아 온 핵융합연구 경험을 바탕으로 제작을 시작한 지 12년 만인 2007년 세계 최고 수준의 핵융합장치인 KSTAR를 완공했다.
 
김기만 국가핵융합연구소장은 “핵융합 상용화 실현까지 남은 난제들은 여전히 많지만 바닷물에서 추출할 수 있는 무한대의 무공해 연료(중수소)를 확보할 수 있다는 간절한 희망 때문에라도 기술 해결 속도는 더욱 빨라질 것”이라고 말했다. 
 
◆플라스마
고체·액체·기체 상태가 아닌 제4의 물질 상태를 말한다. 원자핵과 전자가 분리된 자유로운 형태로, 태양을 비롯한 우주의 99% 이상은 플라스마 상태다. 번개나 오로라·형광등·네온사인도 플라스마에 해당한다.
 
최준호 기자
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