1. 핵융합이란 무엇인가?
핵융합은 태양이나 별에서 일어나는 에너지 생성 과정을 인공적으로 재현하는 것입니다. 핵분열과 반대로 가벼운 원자핵을 충돌시켜 무거운 원자핵을 만들면서 방출되는 에너지를 이용하는 방식입니다. 핵융합은 거의 방사성 폐기물을 발생시키지 않으며, 탄소 배출도 없기 때문에 미래의 깨끗하고 풍부한 에너지원으로 기대되고 있습니다.
2. 한국이 세계 최초로 달성한 핵융합 기록은 무엇인가?
2023년 3월 22일, 한국의 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 연구진은 핵융합 반응을 일으키기 위한 필수 조건 중 하나인 초고온 플라즈마 상태를 30초간 유지하는데 성공하였습니다 . 이는 세계 최초이자 최장 기록으로, 핵융합 에너지 개발에 큰 돌파구가 될 것으로 전망됩니다.
KSTAR 연구진은 2022년에는 20초간, 2021년에는 8초간 초고온 플라즈마 상태를 유지하는데 성공하였으며, 이번에는 더욱 발전된 운전 방식과 제어 기술을 적용하여 30초라는 새로운 세계 기록을 세웠습니다. KSTAR의 초고온 플라즈마는 태양의 핵심 온도인 1,500만도 켈빈보다 7배나 높은 1억도 켈빈에 이르렀습니다 . 이는 인류가 인공적으로 만든 가장 뜨거운 물질로, ‘미니 태양’이라고 불립니다.
3. 핵융합 에너지 개발의 난관과 전망은 어떠한가?
핵융합 에너지 개발은 인류의 오랜 꿈이자 과학의 성지입니다. 하지만 핵융합 반응을 일으키고 유지하기 위해서는 매우 높은 온도와 압력, 밀도가 필요하며, 이를 안정적으로 제어하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 따라서 핵융합 에너지를 상업화하기 위해서는 아직 많은 연구와 개발이 필요합니다.
현재 세계에서 가장 큰 규모의 핵융합 실험장치인 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)는 프랑스에서 건설 중이며, 2025년에 첫 플라즈마를 만들기 위한 준비를 하고 있습니다. ITER는 KSTAR와 같은 토카막 방식을 사용하며, 최대 500초간 초고온 플라즈마 상태를 유지할 계획입니다. ITER의 목표는 핵융합 반응에서 들어간 에너지보다 10배 이상 많은 에너지를 얻는 것입니다. 이를 위해서는 Q값이라는 핵융합 성능 지표가 10 이상이 되어야 합니다. Q값은 핵융합 반응에서 나오는 에너지와 플라즈마를 가열하기 위해 들어간 에너지의 비율을 나타냅니다. KSTAR의 경우 Q값은 아직 0에 가깝습니다.
핵융합 에너지 개발은 인류의 미래에 큰 영향을 미칠 수 있는 기술입니다. 지구 온난화와 환경 문제, 에너지 부족과 안보 문제 등을 해결할 수 있는 가능성을 갖고 있습니다. 하지만 핵융합 에너지를 상업화하기 위해서는 아직 많은 과제와 난관이 남아 있습니다. KSTAR 연구진의 성과는 이러한 난관을 극복하기 위한 중요한 발판이 될 것입니다. KSTAR 연구진은 앞으로도 핵융합 반응을 일으키고 유지하기 위한 다양한 운전 방식과 제어 기술을 개발하고, ITER와의 협력을 강화하며, 핵융합 에너지 상업화에 기여할 것입니다.