英 핵융합 실험장치 'JET'40년 만에 해체된다

부품 재활용 가능성도 연구…2040년까지 해체 완료 목표

영국 옥스퍼드 인근 핵융합 연구장치 '제트'의 내부. 유로퓨전 제공.

세계 최대 규모의 핵융합 연구장치로 가동됐던 영국의 ‘제트(JET)’가 40년 만에 해체를 시작하면서 과학계의 관심을 끌고 있다. 해체 완료까지 걸릴 16년 간 과정은 전례가 없는 만큼 제트 연구원들은 미래 핵융합 발전소가 안전하고 재정적으로 실행 가능한지 확인하는 데 초점을 맞출 계획이다. 특히 삼중수소를 없애 폐로 내 부품을 차세대 원자로에 재활용할 수 있을지에 대한 연구가 진행될 예정이다.

23일 국제 학술지 '네이처'에 따르면 영국은 2040년까지 제트 해체 작업에 나선다. 물리학자들은 제트 내부 폐로를 분석해 영국에서 계획 중인 상업용 핵융합 실험장치 '스텝(STEP)'에 재활용하는 방안을 추진한다. 앤 화이트 영국 케임브리지대 연구원은 제트 해체에 대해 “가능한 한 삼중수소를 제거하되 부품을 재사용, 재활용하는 것이 공학자들의 우선 순위”라고 설명했다.

● 재활용 부품이나 장비 많아질 것

해체 수순을 밟게 되는 제트와 세계 최대 규모 핵융합 실험로가 될 국제핵융합실험로(ITER)는 둘 다 '토카막' 장치로 도넛 모양의 핵융합 장치다. 제트는 프랑스 ITER의 테스트 베드 역할을 해왔다. 제트를 통해 ITER에 어떤 재료나 연료를 사용할지 가늠할 수 있었다는 의미다. 

제트에 앞서 핵융합 장치가 해체된 것은 1997년 미국 뉴저지주 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소의 토카막 핵융합 실험용 장치가 마지막이었다. 뜨거운 가스 빔을 장치에 주입하기 위한 장비 등 많은 부품들이 재사용됐지만 토카막 자체는 콘크리트로 채워진 뒤 땅에 묻혔다. 이번 제트 해체 과정에선 과거 사례보다 재활용되는 부품이나 장비가 많아질 것으로 전망된다.

● 삼중수소 제거가 관건

핵융합은 핵분열 현상을 이용하는 원자력과 달리 사용후핵연료 등 고준위 방사성 폐기물이 나오지 않는다. 하지만 핵융합 재료로 중수소나 삼중수소 등 수소의 방사성동위원소가 활용된다. 삼중수소의 반감기는 12.3년이다. 핵융합 과정에서 중성자 등 고에너지 입자도 함께 방출된다.

제트의 부품을 재활용하려면 삼중수소 등 방사성 물질을 확실히 제거해야 한다. 토카막 내부에 늘어선 금속 타일을 포함한 재료에서 이를 제거해야 한다는 것이다.

네이처에 따르면 제트 엔지니어들은 샘플 타일을 제거하기 위해 새로 고안한 로봇 시스템을 사용한다. 이들은 원격으로 작동하는 레이저를 사용해 샘플에 얼마나 많은 삼중수소가 들어있는지를 측정하기로 했다. 올해 제트에선 4000개 이상의 부품들 중 최초로 60개의 벽 타일들을 회수하고 분석할 예정이다. 

제트를 감독하는 롭 버킹엄 영국원자력청(UKAEA) 폐로 책임자는 “핵융합 장치의 전체 수명 주기에 대해 진지하게 고민하고 있다”고 밝혔다. 

[박정연 기자 hesse@donga.com]