美 ‘핵융합 점화’ 세계 첫 성공

원자핵·전자가 분리된 플라스마
초고압·초고온 가해 에너지 얻어
초당 수십 차례 연쇄 반응은 아직
상용화 적용엔 수십 년 걸릴 듯미국 연구진이 핵융합 발전의 첫 단추인 ‘점화’에 성공했다.

미국 에너지부 산하 로런스 리버모어 국립연구소(LLNL)의 핵융합 연구시설 국립점화시설(NIF) 연구팀이 지난 5일 핵융합 점화에 성공했다고 14일 밝혔다. 핵융합 점화는 핵융합 반응으로 투입된 에너지보다 더 많은 에너지를 생산하는 것을 의미한다. 특정 반응이 상용화되기 위해서는 반드시 거쳐야 할 첫 번째 단계이기 때문에 일부에서는 핵융합 발전의 상용화에 한발 다가섰다는 반응까지 보이고 있다. 다만 과학계는 이번 성공에 대해 과학적으로는 상당한 의미가 있으나 원자력 발전처럼 실제 전기를 공급하는 상용화가 이뤄지려면 수십년에서 길게는 60년 이상 걸릴 것이라고 분명히 지적하고 있다.

핵융합이 일어나려면 수소 원자핵과 전자가 분리된 플라스마 상태를 만든 다음 여기에 초고압·초고온을 가해 원자핵끼리 융합돼야 한다. 이런 환경을 만들기 위해 자기장을 이용한 방식과 레이저를 이용한 방식을 쓰고 있다. 핵융합 발전 상용화에 더 가까운 방식은 한국을 포함한 많은 나라가 연구 중인 자기장을 이용한 ‘토카막’ 방식이다. 이번에 점화에 성공한 방식은 레이저를 이용한 ‘관성 가둠 핵융합’이다. 관성 가둠 핵융합은 수소폭탄의 성능 검증을 실제 폭발실험 대신 연구시설에서 수행하기 위해 처음 시작된 것이다.

또 핵융합 발전을 하기 위해서는 에너지를 한번 공급하면 핵융합 반응이 연쇄적으로 발생해야 한다. 그렇지만 이번에 NIF에서 한 실험은 192개의 거대 레이저 장치를 이용해 중수소와 삼중수소가 든 콩알 크기의 금속 구슬 한 개에서 겨우 핵융합 점화를 시킨 것이다. 원자력 발전처럼 상업적으로 쓰이기 위해서는 초당 수차례에서 수십 차례까지 연쇄 반응이 일어나야 하는데 이번 기술은 콩알 크기 구슬 하나 안에서만 핵융합을 일으키고 다음 구슬을 장전해 핵융합을 일으키는 데 하루 이상 걸리는 것으로 알려져 있다.

킴벌리 부딜 LLNL 연구소장은 “우리는 오랫동안 실험실 환경에서조차 구슬을 점화시키지 못해 관성 가둠 방식의 핵융합 발전을 기대할 수 없는 것 아니냐는 분위기였다”고 고백하며 “이번 점화 성공이 더 큰 발전을 이끌어 낼 수 있을 것”이라고 기대감을 드러냈다.