한국의 태양, KSTAR 세계가 주목
한국의 태양, KSTAR 세계가 주목
  • 양혜정 기자
  • free@energydaily.co.kr
  • 승인 2004.09.23 00:00
  • 댓글 0
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<기획>실현 가능한 미래 에너지 ‘핵융합’
  • 국제핵융합실험로 연구서 기술선진국으로 위치 확립
  • 차세대 초전도 핵융합연구장캄 오는 2006년 개발


한국의 ‘KSTAR’가 세계 핵융합 선진국의 주목을 받고 있다.

오는 2015년까지 개발 예정인 국제핵융합실험로(ITEER)와 우리나라의 ‘차세대 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)’가 닮은 꼴로 우리나라는 ‘KSTAR’를 오는 2006년 개발 완료 후 2007년경부터 핵융합에 필수인 플라즈마 생산에 들어갈 계획이다.

KSTAR장치는 ITER장치에 비해 약 30배 작을 뿐 초전도자석 토카막 방식 채택 등 여타 면에서는 유사한 점을 보여 국제핵융합실험로 연구에서 주도적으로 나서는 등 핵융합 에너지 기술의 선도국가로 자리매김할 것이다.

무한 청정 에너지 ‘핵융합’

핵융합이란 태양내부와 같은 극한 환경에서 두 개의 원자핵이 합쳐지면서 막대한 에너지를 지속적으로 발생시켜 에너지를 얻게 되는 현상을 말한다.

이러한 핵융합 에너지는 무한연료로써 지속적으로 에너지를 얻을 수 있는 환경친화적인 미래 에너지로 각광받고 있다.

화석에너지의 고갈로 에너지 위기에 처한 지구에 각종 폐기물에 의한 환경오염을 유발하지 않으며, 핵분열로 발생하는 방사능 유출 염려가 없는 청정하고 안전한 에너지로 주목받고 있는 것이다.

핵융합이 미래의 에너지로 주목받고 있는 또 하나의 이유는 무한한 자원량을 가지고 있다는 것이다.

석유(40년), 천연가스(60년), 석탄(230년), 원자력(재처리 없을 경우 약 65년)과 같이 제한적인 것에 비해 핵융합의 연료는 중수소와 심중수소로 바닷물 중의 물 분자로부터 얻을 수 있어 무한하다. 이는 세계 전력을 핵융합 발전으로 충당해도 리튬은 600년이나 사용할 수 있을 정도로 지각에 대량 매장되어 있다.

또 세계 각국에서는 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있는 반면 에너지원은 점차 줄어들고 있어 이에 대비한 새로운 대체에너지의 개발에 눈을 돌리고 있는 실정에 핵융합 에너지는 꿈의 에너지원으로 주목받고 있다.

세계적인 에너지 수요 전망을 살펴보면 아시아를 중심으로 개발도상국의 급격한 성장에 따라 1997년과 비교해 오는 2020년에는 약 57%의 에너지 수요가 증가할 것이라고 전망되고 있다.

국제에너지기구(IEA)에서 조사한 바에 따르면 선진국의 에너지 수요량은 큰 차이를 보이지 않으나 중국을 포함한 아시아의 급격한 수요량 증가로 세계 에너지원 부족현상이 심각해질 것으로 전망했다.

현재 사용되고 있는 에너지들은 매장량의 고갈과 환경오염을 일으키는 온실효과가스 배출로 인한 에너지의 위기의 시대에 있고, 국내 40%를 담당하고 있는 원자력 발전의 불안감과 방사능 폐기물 배출 등으로 인해 국민 정서의 반감이 놓은 반면 핵융합 에너지는 온실가스 배출이 전혀 없음은 물론이고 소량의 방사능 폐기물이 배출돼 인체에 전혀 지장을 주지 않는 장점도 있다.

1억°C 플라즈마 담을 그릇이 '관건'

핵융합 반응을 제어해 반응에너지를 안정적으로 서서히 끌어내는 것이 핵융합 에너지 개발의 목표다. 지구상에서 핵융합반응을 일으키려면 1억°C 이상의 온도가 필요하고 이 정도의 온도가 보장된다면 수소가스가 플라즈마 상태로 변하는 온도를 훨씬 뛰어넘는 수준이 된다.

핵융합 반응을 지속시키려면 플라즈마를 강한 자기장이 걸린 핵융합로 안에 안정적으로 장치해 둬야 하는데 이것이 과학적으로나 기술적으로 쉽지 않은 일이다.

전문가는 잠재력 큰 에너지임에도 불구하고 상용화 개발에 이르기까지는 고도의 기술과 연구가 필요하다고 지적하고 있다.

핵융합 반응을 이끌어 내기 위해서는 태양 내부와 같은 1억°C의 플라즈마가 필요하다. 이는 원자핵이 1억°C 이상의 고온에서만 서로 융합하는 반응이 가능하기 때문으로 프라즈마를 1억°C 이상으로 가열해야 한다.

또 중요한 것은 1억°C의 플라즈마를 담을 그릇이 있어야 한다. 가열된 플라즈마를 안정적으로 담을 용기가 현재 지구상에서는 존재하지 않아 풀어야할 숙제로 현재도 꾸준히 연구 중에 있다. 플라즈마가 자기력에 감기는 속성을 이용해 자기력선 그물망을 만들어 플라즈마를 가두게 되는 것인데 이 ‘자기력선 바구니’를 만드는 것이 난제로 꼽히고 있다.

핵융합 반응이 가장 일어나기 위훈 ‘중수소’와 ‘삼중수소’도 필요하다. 그러나 이 두가지는 바닷물에서 무한하게 산출이 가능한 것이다.

앞에서 얘기했던 플라즈마를 완전히 가두는 ‘자기력선 바구니’를 만들기는 쉽지 않다. 이는 1940년대 이후 자기거울장치, 고리모양장치, 8자형 고리모양장치 등이 고안되었지만 플라즈마의 속성과 당시 기술력의 한계로 벽에 부딪쳤다.

한편 1968년 구소련에서 외부 코일에 의한 자기력선과 플라즈마에 전류를 흘려 발생한 자기력선이 합성된 ‘자기력선이 휨’ 상태에서 플라즈마를 효과적으로 가둘 수 있는 ‘토카막’ 방식의 장치를 만들어 세계 핵융합 연구에서 인정받아 연구의 주역으로 떠올랐다.

핵융합 에너지 개발 중심 한국

이렇게 세계적인 관심이 집중되고 있는 핵융합 에너지 개발의 중심에 한국의 ‘차세대 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)’가 주목받고 있다.

초전도 자석으로 만들어지는 토카막 방식을 채택한 KSTAR 장치는 핵융합 반응조건에 부합하는 3억°C의 플라즈마를 300초 동안 지속시킬 수 있다.

세계 핵융합 선진국이 참여해 오는 2015년 완공 예정인 국제핵융합실험로(ITEER)와 KSTAR는 닮은 꼴이다. KSTAR장치는 ITER장치에 비해 약 30배 작을 뿐 초전도자석 토카막 방식 채택 등 여타 면에서는 유사한 점을 보이고 있다.

이는 범국가적인 차원에서 3000억원 이상의 예산을 투입해 오는 2006년에 개발이 완료될 예정이다. ‘한국의 태양’이라는 뜻을 가진 KSTAR 장치는 2007년경부터 핵융합 조건을 만족시키는 플라즈마를 생산하는 등 정상가동에 들어가게 된다.

한국핵융합협의회 관계자는 이 계획이 성공되면 현재 국제원자력기구의 주관 하에서 오는 2015년께 완성 계획인 ‘국제 핵융합 실험로’에서 주도적인 위치에서 이끌어 나갈 수 있는 토대가 될 것으로 전망했다.

또 핵융합 에너지 기술의 선도국가로 자리매김해 부존자원이 열악한 나라에서 에너지 부국으로의 화려한 변신도 가능하게 될 것이라고 말했다.

우리나라에서 플라즈마 과학과 핵융합 연구가 시작된 것은 1970년대 후반부터였다. 범 국가적 차원에서 본격적인 핵융합연구가 1995년 국가 핵융합 연구개발 기본계획이 기획되면서 ▲차세대 초전도 토카막 장치의 개발·설치 ▲차세대 초전도 토카막 장치의 운영을 통한 핵융합 연구와 기술 확보 ▲세계적 핵융합 개발에 동등한 자격에 참여 등 3단계 계획으로 수립되었다.

핵융합 발전기술의 상용화 시기까지 기술선진국으로서의 위치를 확립하는 것을 최종 목표로 그 연구기반을 확보하기 위해 노력하고 있다.


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