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한국형 핵융합연구로 10년, 성과와 미래
한국형 핵융합연구로 10년, 성과와 미래
  • 전인수
  • 승인 2018.01.16 15:59
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지난달 7일 대전 유성 컨벤션센터에서 국가핵융합연구소가 주최한 ‘핵융합기술혁신 국민보고대회’가 열렸다. 이날 행사에서는 2007년 한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR) 완공 이후 10년간의 핵융합 연구 성과가 발표됐다. 그동안 우리나라는 핵융합으로 추출된 에너지원 플라스마를 1분 이상 유지하고 내벽 손상을 막는 불안전성 제어를 성공하는 등 세계가 주목할 정도의 성과를 창출했다.

 

안전한 대체 에너지 핵융합 발전

인류는 화석연료를 2세기 이상 주 에너지원으로 사용해 왔다. 현재 전 세계는 고갈 위기와 환경에 주는 악영향으로 점차 사용을 자제하는 추세다. 빈자리를 채울 에너지원으로 다양한 대체에너지와 신재생 에너지가 논의됐다.

 

핵융합 발전은 섭씨 2억도 이상 플라스마 상태에서 수소 원자핵이 합쳐질 때 발생하는 에너지를 이용한다. 태양이 빛을 내는 원리를 모방했기 때문이 ‘인공 태양’으로도 불린다. 원료는 바닷물에 함유된 중수소와 리튬이다. 중소수는 바닷물 1L에 0.03g이 포함되어 있는데 300L의 휘발유에 해당하는 에너지를 생산할 수 있다. 삼중수소를 만드는 데 쓰이는 리튬은 지표면과 바다에 1500만 년 동안 사용할 양이 매장돼 있을 만큼 풍부하다. 핵발전과 달리 안전하다는 장점 때문에 ‘꿈의 에너지’라는 이름이 붙었으며 가장 유력한 대체 에너지로 여겨지고 있다.

 

핵융합 발전의 가능성을 알아본 선진국들은 연구에 참가하기 시작했다. 미국, 러시아, 유럽연합, 일본, 중국, 인도, 한국 등 7개국은 국제핵융합실험로를 공동 건설하는 ITER 프로젝트를 통해 상용화 가능성 연구에 돌입했다. 프랑스 카다라슈에 짓고 있는 플라즈마 핵융합 실험소 ITER는 2035년 가동을 시작할 예정이다.

   



연구·개발 성과, 한국이 주도

ITER의 20분의 1 축소판인 KSTAR는 ITER보다 먼저 건설돼 새로운 기술 개발에 앞장섰다. 이를 통해 한국은 세계에서 가장 앞선 초전도 자석 기술을 확보했다. 플라즈마를 담는 진공 용기인 토카막 기술도 최고 수준을 보유하게 됐다. 플라즈마를 다루는 기술에서는 새 이정표를 세우고 있다. KSTAR 운용 시작 1년 만인 2008년 0.1초간 첫 플라즈마 불꽃을 일으킨 뒤 2010년 세계에서 가장 먼저 핵융합 발전에 사용할 수 있는 ‘고성능모드(H모드)’ 플라즈마를 발생시키는 데 성공했다. 지난해엔 세계 최장 시간인 72초를 달성하기도 했다. 올 초에는 핵융합을 가로막은 난제 중 하나인 플라즈마 경계면의 불안정 상태를 34초간 제어하면서 ITER 운영요건을 충족하는 유일한 핵융합장치라는 평가를 받았다.

 

2003년, KSTAR 개발을 통해 획득한 핵융합 기술을 바탕으로 ITER 프로젝트 회원국으로 참여한 우리나라는 이제 프로젝트에서 핵심적인 나라가 됐다. 2015년 9월 국가핵융합연구소 연구위원인 이경수 박사가 ITER 국제기구의 사무차장으로 선임됐으며 같은 해 11월에는 포항공대 남궁원 명예교수가 ITER 사업의 최고의결기구인 이사회의 의장으로 선출 되었다. 이 외에도 핵심 장치인 토카막 조립 파트에 핵융합(연) 박주식 박사가, 진공용기 제작 파트에는 핵융합(연) 최창호 박사가 각각 총괄하며 한국 연구자들의 활약이 이어지고 있다.

 

윤시우 핵융합연구소 고성능 플라즈마 물리연구부장은 “한국은 다른 나라보다 늦게 핵융합연구에 뛰어들었지만 KSTAR라는 높은 품질의 장치를 건설하면서 중간진입 전략에 성공한 사례라는 평가를 받고 있다”며 “ITER의 타당성이 어느 정도 사전에 검증되면 2040~2050년께는 핵융합 발전을 하는 실증로를 볼 수 있을 전망”이라고 밝혔다.

 


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