[인공태양] 한국핵융합에너지 연구원, 5분간 1억도 유지. 세계 첫 도전 "초전도 핵융합 연구장치" 를 찾아서.

대전광역시 한국핵융합에너지연구원 초전도 핵융합 연구 장치, 주장치실 가로 37m, 세로 50m, 높이 30m로 축구장 4분의 1 크기에 기둥이 하나도 없는 공간에 은색 원통 구조물이 설치돼 있다.

과학기술정보통신부와 한국핵융합에너지연구원은 22일 언론 간담회를 개최해 한국형핵융합연구로의 모습을 공개했다

가열 진공 배기 헬륨 장치가 복잡하게 연결돼 있으며 도넛을 포개 놓은 듯한 원통 구조물이 지상의 태양 또는 인공태양으로 불리는 핵융합로의 핵심 KSTAR(초전도 핵융합 연구장치) 주 장치이다.

지름 9.4m에 높이 9.6m, 무게 1000t에 이르는 이 장치에서 무려 1억 도 이상의 초고온 플라스마가 생성된다. 플라스마는 원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직이는 상태를 뜻한다. 핵융합으로 전기를 생산할 수 있게 되면 에너지 효율이 원전 보다 3배 높이 전기 요금을 대폭 낮출 수 있다.

탄소, 고준위 방사성 폐기물도 발생하지 않으며 세계적인 에너지 위기에서 각국이 꿈의 청정에너지로 불리는 핵융합 발전에 사활을 거는 이유라고 설명했다.

원자력 발전이 우라늄이나 플루토늄 핵이 분열하면서 에너지를 발생시키는 원리를 이용하는 것과 달리 행융합 발전은 중수소와 상충수소가 융합하면서 헬륨으로 바뀔 때 나오는 에너지를 이용한다. 핵융합 발전의 연료가 되는 중수소를 바다에서 구할 수 있고, 구준위 방사성 폐기물과 탄소를 배출하지 않는 것이 장점으로 꼽힌다.

과학기술정보통신부와 한국핵융합에너지연구원은 22일 언론 간담회를 개최해 한국형핵융합연구로의 모습을 공개했다

하지만 아직은 핵융합을 일으켜 실제 전기를 생산하는 것이 가능한지 실증하는 단계까지는 이르지 못해 상용화까지는 갈길이 멀다는 평가도 있다. 지난해 12월 미국 로런스 리버모어 국립연구소가 핵융합 반응 실험에서 2.05mj 에너지를 투입해 3.15mj을 얻는 데 성공했을 당시, 세계가 주목한 이유는 생산된 에너지양은 작지만 핵융합 발전의 가능성을 확인했기 때문이다.

중수소와 삼중수소가 담긴 용기에 거대 레이저 192개를 쏴 핵융합을 일으킨 미국 로런스 리버모어 국립연구소의 레이저 방식과 달리, 우리나라 KSTAR는 1억 도 이상 초고온의 플리즈마를 강력한 자기장으로 가두는 토카막 방식이다. 토카막은 플리즈마를 가두는 원형 도넛 모양의 진공 용기라는 뜻의 러시아어 약자다.

22일 살펴본 우리나라  KSTAR는 토카막 핵융합 방식에서 세계 최고다. 핵융합연구원은 2018년 플라스마 온도 1억 도를 달성했고 2020년 20초 연속 운전에 성공했다. 2021년에는 1억 도 유지 시간이 30초에 도달했다. 세계최고 기록을 잇따라 갈아치운 것이다. 하계에서는 1억 도 이상 플라스마를 5분 이상 유지하면 계속 운전이 가능하다고 본다.

정기성 국제핵융합실험로 한국사업단장은 5분 이상 유지는 연속 운전이 가능한 기술 수준을 의미한다며  KSTAR는 내년에 100초 이상 유지하고 2026년 300초 이상 유지하는 게 목표라고 말했다.

과학기술정통부와 한국핵융합에너지연구원이 이날  KSTAR 현장을 언론에 공개한 것은 23일 국가핵융합위원회의 핵융합 실현을 위한 전력 생산 실증로 기본 개념 안건 심의를 앞두고  KSTAR의 성공과 향후 계획을 알리기 위해서다. 국가핵융합위원회는 23일 행융합 실증로 설계를 위한 태스크포스를 이번 상반기에 꾸려 2026년까지 예비 개념 설계를 마치기로 결정했다.

과학기술정보통신부와 한국핵융합에너지연구원은 22일 언론 간담회를 개최해 한국형핵융합연구로의 모습을 공개했다

실증로의 최대 전기 출력은 500mw 이상으로 정했다고 말했다. 정부는 2050년 대용량 전력 생산을 기대한다고 했다. 이미 유럽, 중국, 일본 등 주요국들은 핵융합 상용 발전소로 가기 위한 실증로 설계에 착수했고 민간 스타트업들도 핵융합 발전을 사업화하기 위해 속속 뛰어들었다. 또 국제적인 공동 연구는 프랑스에 건설 중인 국제핵융합실험로가 이끌고 있다고 했다.

2025년 준공을 목표로 한국, 미국. 유럽 등 7개국이 회원국으로 참여 중이 다며 유석재 핵융합에너지연구원장은 우리나라가 핵융합 발전소를 운영하려면 지금의 골든 타임을 놓쳐선 안다며 핵융합 발전이 뒤처지면 에너지는 물론이고 안보, 기술 패권 경쟁에서도 밀릴 우려가 있다고 말했다.