[레디!퓨전] 부품 수리 착수한 인공태양 ITER…“삼중수소 에너지생성 실험 차질 없을 것”

핵융합공학심포지엄2023(SOFE2023) 현장을 가다

10일 영국 옥스퍼드에서 열린 ‘핵융합공학심포지엄 2023(SOFE 2023)’에서 국제핵융합실험로(ITER)를 소개하는 전시물이 설치돼 있다. 옥스퍼드=박정연 기자 hesse@donga.com

지난해 11월 국제핵융합실험로(ITER)에서 부품 결함을 발견한 ITER 국제기구는 문제를 해결하는 작업에 본격 착수했다. 수리 전략부터 다시 세우게 되면서 이 부품 관련 플라즈마 생성 실험은 일정에 차질을 빚게 됐다. 다만 ITER 측은 핵심 실험인 ‘중수소와 삼중수소(DT)’를 융합해 에너지를 생성하는 실험은 계획대로 2035년에 이뤄지도록 노력할 것이라고 밝혔다. 

캐서린 맥카시 미국 ITER 프로젝트 책임자는 10일 영국 옥스퍼드에서 열린 ‘핵융합공학심포지엄 2023(SOFE 2023)’에서 지난해 11월 발견된 부품결함 문제에 관해 이같이 전했다.

핵융합은 중수소와 삼중수소 같은 가벼운 원소의 원소핵들이 결합해 무거운 원자핵으로 변하면서 에너지를 내놓는 현상이다. 태양이 열을 내는 원리와 유사해 '인공태양'이라 불린다. 우라늄과 플루토늄 등 무거운 원소를 쪼개 에너지를 내는 핵분열을 통한 원자력 발전과는 반대되는 개념이다. 핵융합은 탄소를 발생시키지 않는 청정에너지로 주목받고 있다. 약 1kg의 핵융합 연료로 1000만kg의 화석 연료와 맞먹는 에너지 생산이 이론적으로 가능하기 때문이다.

핵융합 반응이 일어나려면 1억도 이상 초고온 상태의 플라즈마(원자핵과 전자가 분리된 이온 상태)가 필요하다. 태양은 자체 질량과 중력으로 초고온 플라즈마 상태를 스스로 만들지만 지구에서는 1억도의 초고온 플라즈마를 인위적으로 만들어야 한다.

앞서 지난해 11월 ITER에서 플라즈마를 가두는 도넛모양의 장치인 토카막을 구성하는 부품 결함이 발견됐다. 문제가 생긴 부품은 진공용기다. 총 9개의 진공용기를 이어 붙이면 둥근 모양의 토카막이 된다. 초고온에서 플라즈마를 가두기 위해선 각각의 진공용기가 완전한 진공상태를 유지해야 한다. 

하지만 조사 결과 진공용기 안에 존재하는 초고온 플라즈마와 진공용기 밖을 두르고 있는 초저온 상태의 초전도자석을 분리하기 위한 열차폐막에 문제가 있는 것으로 나타났다. 열차폐막의 일부가 부식에 취약해 헬륨이 누설된 것이다. 진공용기 부품의 치수도 원래 설계했던 것과 차이가 있었다.

문제가 발생한 열차폐막은 한국 기업이 납품했다. 때문에 결함이 발견된 직후 한국이 대규모 부담금을 지게 되는 것이 아니냐는 목소리도 나왔다. 최근 ITER국제기구가 내부적으로 검토작업을 벌인 결과 해당 부품들은 ITER 국제기구가 수행한 설계 단계부터 문제가 있었던 것으로 확인되면서 납품한 기업들은 한시름을 놓게 됐다.

맥카시 책임자는 이번 부품결함이 연구팀의 예상을 뛰어넘을 만큼 심각한 문제는 아니라고 말했다. 그는 “설계도의 부품이 실물로 만들어지는 과정에서 편차가 생기거나 예상치 못한 부적합성이 발견되는 일은 불가피하다”며 “이번에 발생한 부품 문제도 대형 장비를 구축하는 과정에서 일어나는 흔한 일”이라고 설명했다. 그러면서도 “당초 2026년 예정됐던 플라즈마 생성실험은 다소 지연될 것”이라고 덧붙였다.

ITER의 가장 중요한 목표인 DT를 사용한 에너지 생성실험은 계획대로 진행될 것이라고 맥카시 책임자는 강조했다. 일명 ‘DT 실험’은 자연계에 무한히 존재하는 중수소와 삼중수소를 플라즈마 상태에서 융합해 발생하는 에너지를 얻는 실험이다. 무한한 자원으로 에너지를 얻는 핵융합의

궁극적인 목적을 달성하는 데 가장 중요하다.

맥카시 책임자는 이번에 발생한 부품결함을 해결하는 작업과, DT실험을 위한 연구가 별개의 트랙으로 진행되고 있기 때문에 전체적인 일정에 큰 변화가 없을 것이라고 설명했다. 부품결함으 로 지연된 일정에 대해선 “상대적으로 중요도가 낮은 작업을 생략해 총 계획에 필요한 시간을 단축시키겠다”고 말했다.

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[옥스퍼드=박정연 기자 hesse@donga.com]