미래 청청 무한에너지 'K -STAR'
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| ▲핵융합실험기구 표면 |
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| ▲우리나라에서도 지난 2월 대전 대덕연구단지에 있는 핵융합연구센터에서 K-STAR 상량식을 가졌다. |
핵융합 반응은 핵분열과 상반되는 물리현상으로 수소의 동위원소들과 같은 가벼운 원소들의 핵이 초고온 상태에서 서로 결합해 헬륨과 같은 좀 더 무거운 원소의 핵을 형성하는 반응을 말한다.
이러한 반응이 일어날 때에도 질량결손에 의해 에너지가 방출된다. 이들은 입자형태을 띄면서 운동에너지로 나타나게 되는데 이 핵융합 반응을 연쇄적으로 일으켜 폭발에 이르게 하는 것이 수소폭탄이고, 이를 일정한 방법과 구조에 의해 제어하면 꾸준한 에너지를 얻을 수 있다.
이 에너지를 얻는 실험장치가 바로 K-STAR 장치다.
이 장치 안에 수소를 플라즈마 상태로 만들어 약 1억도까지 가열하면 핵융합반응이 일어나며 에너지 발생하게 된다.
여기에 사용되는 연료는 중수소인에 이는 수소에 중성자가 1개 더 결합된 상태로 바닷물 1ℓ안에는 0.03g의 중수소가 존재하는데 이 정도면 약 300ℓ의 휘발유와 동일한 에너지를 낼 수 있는 것으로 알려졌다.
핵융합때 질량결손에 의한 에너지 방출
선진국들 핵융합 실험장치 앞다퉈 건설
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| ▲인공태양 상상도 |
이 중수소의 양은 거의 무한대여서 바닷물 1미터 깊이를 모두 사용하는데 약 2000만년 정도가 되는 것으로 과학자들은 판단한다.
그러나 문제는 이러한 에너지를 그냥 얻을 수 있는 것이 아니고 연료를 적당한 물질상태로 만들어 주는 것과 연소시 이를 적당한 곳에 가두어 지속적으로 에너지를 얻을 수 있는 장치를 개발하는 것이다.
바로 태양과 같은 일정한 조건을 만들어 주어야 하며 이같은 물질 상태가 바로 플라즈마이다. 플라즈마는 우주의 99.99%를 차지하고 있으며 물리학에서는 원자핵과 전자가 불리된 기체로 정의하고 있다.
이 플라즈마를 가두는 방법은 크게 두가지로 분류하며 자장밀폐와 관성밀폐가 바로 그것이다. 구 소련의 마치모비치가 지난 1965년 발표한 후 세계적으로 인정받는 토카막이란 장치는 여기에 대한 가장 근접한 장치로 평가받고 있다.
그 후 일본의 JT-60U토카막 유럽공동연 구토러스(JET) 독일의 ASDEX-U 등과 같은 중대형 토카막 핵융합 실험실이 건설됐다.
그리고 지난 96년에는 국제 원자력기구 주관으로 세계최고 수준의 임계조건 달성이 발표되었다. 우리나라도 지난 95년 12월 개념 설계로 시작된 K-STAR 핵융합 실험로가 지난 2월 덮개를 막는 상량식을 가졌다. 차세대 초전도 핵융합 연구장치인 K-STAR는 지름 9.5m, 높이 6m, 무게 60t이 넘는 거대한 장치다.
세계 최초로 국제규격의 초전도 자석을 탑재한 스테인레스 스틸의 핵융합로는 영하 269도까지 견딜 수 있다.
인공태양이라고 불리는 토카막형태의 핵융합장치인 이 K-STAR는 오는 8월까지 모두 완공되며 여기에 적용된 기술은 프랑스에 건설중인 국제핵융합실험로인 이터(ITER)에 그대로 활용된다.
이후 오는 2008년 6월 첫 방전을 실시하게 되며, 2050년경이면 국내 전기수요량의 약 30% 가량을 담당하게 된다.
박근주기자 ㆍ spgingkj@ccilbo.co.kr