[과학의 날] 인류의 미래를 밝힐 새로운 태양…'핵융합에너지' 연구 선도

한국핵융합에너지연구원, 고성능 플라즈마 장시간 운전 성과
인공태양 'KSTAR' 개발·국제핵융합실험로 공동개발사업 참여

핵융합연구장치 KSTAR(케이스타). 한국핵융합에너지연구원 제공

'챗(Chat)GPT의 아버지' 샘 알트만(Sam Altman)은 인공지능 시대를 실현할 획기적인 돌파구로 핵융합에너지를 주목하고 있다. 샘 알트만 외에도 구글, 아마존 등 전력 활용도가 높은 빅테크 기업들은 이미 오래전부터 핵융합에너지를 주목해 왔으며 적극적 투자를 통해 핵융합에너지 실현에 힘을 보태고 있다.

핵융합에너지는 수소와 같은 가벼운 원자핵이 융합해 무거운 원자핵이 되는 과정에서 생성되는 에너지를 말한다. 에너지 발생 과정에서 탄소를 발생시키지 않아 청정한 에너지로도 꼽힌다. 연료는 바닷물에서 추출하는 중수소와 핵융합 반응에서 발생하는 중성자가 리튬과 반응할 때 발생하는 삼중수소로 거의 무한에 가깝다. 핵융합 연료 1g은 석탄 8톤의 에너지와 유사할 정도로 효율이 높고, 고준위방사성폐기물을 발생시키지 않아 환경에 부담도 적다. 핵융합에너지를 꿈의 에너지라고 표현하는 이유다.

인공지능과 사물인터넷(IoT), 빅데이터 등 우리 사회의 주요 핵심 기술들은 막대한 전기에너지가 필요하고 앞으로 그 사용량은 더욱 확대될 것이다. 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 대용량의 에너지를 제공할 수 있는 핵융합에너지를 실현하는 것은 인류의 지속 가능한 삶을 위한 당면 과제인 것이다.

핵융합연구장치 KSTAR(케이스타). 한국핵융합에너지연구원 제공

핵융합연구장치 KSTAR(케이스타). 한국핵융합에너지연구원 제공

우리나라 핵융합 연구의 중추인 한국핵융합에너지연구원은 물리·공학 연구를 통해 핵융합에너지 기술 개발에 앞장서고 있다. 한국의 인공태양인 초전도핵융합연구장치 'KSTAR'를 건설했고, 2008년부터 현재까지 핵융합 주요 난제인 고성능 플라즈마 장시간 운전 기술을 선도하고 있다.

가장 최근 실험에서는 1억도 초고온 플라즈마를 48초간 운전하는 데 성공, KSTAR가 지난 2021년 세운 전 세계 최장 기록인 30초를 경신했다. 대표적인 고성능 플라즈마 운전 모드인 H-모드 상태에서 102초 장시간 운전을 기록하며 100초의 벽을 돌파하는 놀라운 성과도 보여줬다.

핵융합연은 국제핵융합실험로(ITER) 사업의 국내 전담기관으로, 성공적인 ITER 건설에도 힘을 보태고 있다. ITER 사업은 핵융합에너지 실현 가능성을 실증하기 위해 한국, 미국, 러시아, EU, 일본, 중국, 인도 등 7개 회원국이 공동으로 핵융합 장치를 건설·운영하는 인류 최대 국제 프로젝트다. ITER 사업은 각 회원국이 건설에 필요한 장치들을 제작하고, 건설 현장에서 조립을 진행하는 현물 조달시스템으로 진행된다. 우리나라는 9가지 주요 부품 제작을 담당하고 있다.

ITER 장치 건설은 인류 역사상 첫 초대형 핵융합 장치 제작에 도전하는 것으로, 공학적 한계를 뛰어넘는 최첨단 기술이 필요하다. KSTAR는 전 세계에서 ITER 장치와 가장 유사한 장치로 손꼽히며, 핵융합연은 KSTAR 건설 당시 확보한 각종 기술을 기반으로, ITER의 성공을 위해 힘을 보태고 있다.

한국핵융합에너지연구원 전경. 핵융합연 제공

핵융합연은 보다 성공적인 KSTAR 운영, ITER 사업 참여, 핵융합 실증로 설계·건설을 위한 추가기술 확보에도 주력하고 있다. 향후 다가올 핵융합 기술 경쟁 시대를 대비해, 이미 ITER 주요 참여국들은 핵융합 실증로 건설에 필요한 핵심 기술을 확보하기 위해 열을 올리고 있는 상황이다. 우리나라도 지난해 한국형 핵융합 실증로 건설 기본개념을 확정한 데 이어, 지난해 산·학·연 설계 TF를 주축으로 본격적인 설계에 돌입했다.

오영국 한국핵융합에너지연구원 원장은 "우리나라 유일의 핵융합 전문 연구기관으로서, 대한민국이 핵융합에너지 실현을 위한 레이스에서 꼭 성공할 수 있도록 선도적인 연구와 도전을 이어갈 것"이라며 "인류의 미래를 위한 도전에 국민의 응원과 관심이 함께 하길 기대한다"고 했다.