인공태양(Artificial solar) 핵융합 발전 시대로의 진입
미국 에너지부 장관 제니퍼 그랜홈이 22년 12월 13일 인공태양이라고 불리는 핵융합 “점화”를 세계 최초로 성공했다고 발표하였습니다. 이는 세계 최초이며 멀지 않은 미래에 에너지원 자산의 해결과 환경문제의 해결을 의미하기도 합니다. 인공태양 핵융합 발전에 대해서 자세히 알아봅니다.
인공태양 핵융합이란?
태양은 항상 밝고 막대한 에너지를 분출하는데 그 중심 에너지원은 플라스마입니다. 우주를 구성하는 물질 중99퍼센트 이상이 플라즈마로 구성되어있습니다. 플라즈마란 기체가 초고온 상태로 가열됨으로써 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태를 이야기합니다. 태양의 플라즈마는 중력으로 가둬져 있는 초고온의 상태이며 주로 수소를 원료로 핵융합 반응을 하면서 막대한 에너지를 방출합니다.
인공적인 핵반응을 일으켜 반응 전과 후에 생기는 질량 차이에 의해 막대한 에너지가 발생하게 되는데 그 에너지를 바로 핵에너지라고 부릅니다. 아이슈타인이 정립한 이론 중에 “우주를 구성하는 모든 물질은 에너지 덩어리로, 어떤 물질이든 그 질량 자체가 에너지로 바뀔 수 있다”라고” 했던 것과 같은 이치입니다.
이러한 원리를 기반으로 고안된 방법으로는 초고온의 플라즈마를 중력을 대체하여 거대한 자기장으로 가두는 방식인 토카막(Tokamak)과 중수소와 삼중수소가 들어있는 작은 금속 캡슐에 여러 대의 강력한 고성능 레이저 머신을 이용하여 레이저를 쏴 내부를 초고압 초고온의 상태로 만들어 핵융합을 일으키는 원리인 관성 가둠 핵융합(Inertia confinement Fusion) 방법이 있습니다. 이는 태양이 열과 에너지를 발생시키는 원리와 유사하기 때문에 인공태양으로도 불리어지고 있습니다.
하지만 초고온(1억 도 이상)으로 만드는 일이 하이테크놀로지의 기술을 요하기 때문에 어려움을 겪고 있었습니다. 또한 고온의 상태가 된 플라즈마를 통제하는 것도 고도로 발전된 기술이 요구되는 상태입니다.
인공태양 핵융합 발전에 대한 기대
인공 태양 핵융합으로 인해 산출되는 에너지는 물 1리터로 휘발유300리터, 석탄 8톤에 해당하는 에너지를 얻을 수 있을 만큼 고효율입니다. 또한 핵융합에너지는 환경오염물질이 전혀 발생하지 않고 무제한 사용할 수 있는 꿈의 클린 에너지입니다. 하지만 현재는 플라즈마를 생성하는데 많은 양의 에너지가 소모되고 지속성이 낮기 때문에 운용에 있어서도 비효율적인 상황입니다. 상업적 이용까지는 수십 년을 더 연구해야 합니다.
대부분의 과학자 들은 자기장을 이용한 토카막 방법에 대한 기대가 컸었는데 이번 미국 발표에 의하면 고성능 레이저를 이용한 관성 가둠 핵융합으로 핵융합(NIF) 방법으로 “점화”에 성공하였습니다. 쉽게 말해 핵융합 반응을 일으키기 위해 투입한 에너지보다 더 큰 에너지를 핵융합 반응으로 창출하는 데 성공했다는 의미입니다.
한국도 현재 플라즈마 이온온도 1억 도씨를 30초간 유지하는 기술을 보유하고 있습니다. 2026년까지 300초(5분)까지 늘릴 것을 목표로 연구를 진행 중입니다
댓글