핵융합의 퀀텀점프!…들인 에너지의 1.9배 얻었다

미 NIF 연구팀, 7월 실험서 2.05메가줄 들여 3.88메가줄 생산
작년 12월에는 2.05 들여 3.15 얻어…7개월만에 효율 크게 향상

미 로렌스리버모어국립연구소(LLNL) 연구자들이 국립점화시설(NIF) 내부를 둘러보고 있다. 사진=AP뉴스

20년 전에도, 10년 전에도, 1년 전에도…. 핵융합 기술이 실제로 현실화된다면 언제쯤 상용화될 지를 물으면 돌아오는 답이 크게 다르지 않았다. "30년 쯤은 걸릴 겁니다."

그럼에도 불구하고 세계 각국이 이 기술을 포기하지 못하는 이유는 탄소중립과 화석연료 고갈을 한 방에 해결해줄 꿈의 에너지원이기 때문이다. 태양의 작동원리를 그대로 모방해, 폭발 위험이나 탄소배출이 없으면서 작은 양의 연료로 엄청난 에너지를 만들어냄으로써 인류의 에너지 고민을 풀어줄 것으로 기대를 모은다. 우리나라도 이 분야에서 선진국들과 어깨를 나란히 하고 있다. 2050년 핵융합에너지를 실증하고 상용화를 이루겠다는 로드맵을 마련한 상태다.

◇7개월만에 핵융합 에너지 생산효율 '퀀텀점프'

그런데 미국에서 핵융합 기술이 퀀텀점프를 이어가고 있다. 작년 12월 사상 처음으로 핵융합을 일으키기 위해 투입한 에너지보다 더 많은 에너지를 얻는 데 성공한 데 이어 1년도 안돼 훨씬 많은 에너지를 얻는 데 성공했다.

26일(이하 현지시간) 뉴욕타임스 보도에 따르면 미 에너지부 산하 로렌스리버모어국립연구소(LLNL)의 국립점화시설(NIF) 연구팀이 지난 7월 30일 진행한 핵융합 점화 실험에서 들인 에너지의 2배 가까운 에너지를 얻어냈다. NIF는 고에너지 레이저를 이용한 핵융합 에너지 실험시설로, 2009년 완공돼 연구를 이어왔다.

NIF 연구팀은 지난해 12월 실험에서, 2.05메가줄(MJ)의 에너지를 들여서 3.15메가줄의 에너지를 생산했다. 투입한 에너지의 53.6%에 달하는 1.1메가줄의 에너지를 더 얻은 것. 3메가줄은 TNT 약 1.5파운드(0.68kg)에 해당하는 에너지다. TNT 1kg이 수류탄 5개 정도 위력이니, 대략 수류탄 3개 정도에 해당하는 에너지다.

◇작은 차이가 큰 결과로 이어졌다

올해 7월 실험에서도 비슷한 결과를 목표로 세웠지만 실제로 3.88메가줄을 생산해 예상을 뛰어넘는 결과를 얻었다. 같은 2.05메가줄을 투입했으니 들인 에너지의 약 89.3%인 1.83메가줄을 더 생산해낸 것이다. 들인 에너지에 비해 얻은 에너지가 두배에 육박한 것. 당초 연구팀은 7월 실험에서 12월과 비슷한 결과를 예상했던 것으로 알려졌다.

연구에 참여한 리처드 타운 부PD(프로그램 디렉터)는 25일 덴버에서 열린 컨퍼런스에서 7월 진행한 실험 결과를 공유하면서 "우리는 다시 핵융합 점화를 해냈다"면서 "7월 실험에서도 작년 12월과 비슷한 3메가줄 정도의 생산 에너지를 기대했는데 결과는 달랐다"고 말했다. 핵융합 점화는 핵융합을 일으키기 위해 투입한 에너지보다 더 많은 에너지를 핵융합 반응으로 생산하는 것을 말한다. 7월 실험에서 연구진은 192개의 레이저를 수소 펠릿에 쏘아 폭발적인 에너지를 만들어냈다.

◇투입 에너지 강도 높여서 더 큰 에너지 만든다

그러나 아직은 실험결과에 변동폭이 큰 상황이다. 들인 에너지보다 생산한 에너지가 더 적은 실험결과를 얻기도 한다.

연구팀은 실험결과를 분석한 결과 레이저 에너지와 연료 캡슐의 미세한 변화가 핵융합 반응에 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 수소 연료 캡슐을 더 효과적으로 압축하기 위해 레이저 에너지 전달의 불균형을 줄이는 등 개선해야 할 점을 찾았다. 앞으로 실험을 최적화해 더 높은 핵융합 수율을 일관되게 얻는다는 목표다.

연구팀은 실험 시설의 레이저 에너지를 2.2메가줄로 높이는 작업도 하고 있다. 이에 앞서 1.9메가줄이던 에너지를 2.05메가줄로 높인 바 있다. 시설의 에너지 강도가 강해지면 핵융합 반응에 더 많은 에너지가 투입될 수 있기 때문에 만들어내는 에너지도 커진다.

타운 부PD는 "'핫스팟'에 더 많은 에너지를 효과적으로 결집할 수 있다면 더 높은 수율을 얻을 수 있을 것"이라면서 "더 큰 해머를 쓸 수 있게 되는 것"이라고 말했다. 안경애기자 naturean@dt.co.kr