한국에 솟아 오른 인공태양 -KSTAR가 띄운 핵융합 300초 기술
안녕하십니까, 리포터 라태입니다.
지난 리포트에서 AI 데이터센터의 냉각이 다음 전쟁이라고 했습니다.
오늘은
그 에너지 전쟁의 최종 해답이 될 수 있는 기술 이야기입니다.
그리고 그 주인공이 한국이라는 것이 놀랍습니다.
자랑스러운 맘을 가지고 리포트해 봅니다.
핵분열은 쪼개서 얻고 핵융합은 합쳐서 얻는다.
그리고 융합은 폭발하지 않는다.
1. 태양을 지구에 가두려는 시도
태양은 어떻게 빛나는가.
수소 원자 두 개가 합쳐져 헬륨이 되면서 엄청난 에너지를 방출한다.
이것이 핵융합이다.
태양은 매초 6억 톤의 수소를 태우며 빛을 낸다.
과학자들은 오래전부터 이 원리를 지구에서 재현하는 꿈을 꿔왔다.
성공한다면 인류의 에너지 문제가 한 번에 해결되기 때문이다.
연료는 바닷물에서 얻는 중수소와 리튬이다.
사실상 무한하다.
탄소 배출이 없다.
방사성 폐기물도 거의 나오지 않는다.
그래서 핵융합을 에너지의 성배라고 부른다.
문제는 딱 하나였다.
태양 중심보다 뜨거운 1억도의 온도를 얼마나 오래 유지하느냐다.
2. KSTAR: 한국의 인공태양
대전 유성구에 가면 도넛 모양의 거대한 장치를 볼 수 있다.
KSTAR.
한국형 초전도 핵융합 연구장치다.
별명이 한국의 인공태양이다.
KSTAR는
2021년 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 30초 유지하는 데 성공해 세계 최장 기록을 세웠다.
미국, 일본, 중국도 순간적으로 1억도에 도달하긴 했지만 10초를 넘기지 못했다.
한국이 세계에서 가장 오래 버틴 것이다.
그런데 30초는 시작일 뿐이었다.
KSTAR의 목표는 2026년 300초 유지다.
현재의 10배다.
왜 300초가 중요한가.
300초는 플라즈마와 내벽 상호작용을 성공적으로 제어해 24시간 정상 상태 운전이 가능한 기술을 확보한다는 의미다.
300초를 넘기면 원칙적으로 무한히 돌릴 수 있다는 뜻이다.
3. 핵분열과 핵융합, 무엇이 다른가
원자력이라는 말을 들으면 체르노빌, 후쿠시마가 떠오른다.
그 공포가 핵융합에도 그대로 적용된다고 생각하는 분들이 많다.
그런데 핵분열과 핵융합은 완전히 다른 기술이다.
핵분열은 쪼개는 것이다.
우라늄 같은 무거운 원소를 쪼개면서 에너지가 나온다.
지금 우리가 쓰는 원자력 발전소가 이 방식이다.
방사성 폐기물이 수만 년간 위험하고 냉각 장치가 고장 나면 폭주할 수 있다.
체르노빌과 후쿠시마가 바로 그 사고였다.
핵융합은 합치는 것이다.
수소처럼 가벼운 원소를 합치면서 에너지가 나온다.
태양이 빛나는 원리가 바로 이것이다.
그리고 결정적으로 폭주가 불가능하다.
플라즈마가 불안정해지면 반응이 그냥 꺼져버린다.
핵융합로는 구조적으로 폭발할 수 없는 장치다.
[표 1]
| 구분 | 핵분열 | 핵융합 |
| 원리 | 무거운 원소를 쪼갬 | 가벼운 원소를 합침 |
| 연료 | 우라ㄴ늄 | 중수소, 리튬 |
| 연료 출처 | 광산 채굴 | 바닷물 |
| 방사성 폐기물 | 주만 젼간 위험 | 거의 없음 |
| 폭주 위험 | 있음 | 없음, 불안정하면 꺼짐 |
| 탄소 배출 | 없음 | 없음 |
| 대표 사례 | 원자력 발전소 | KSTAR, ITER |
| 상용화 | 이미 상용화 | 개발 중 |
표를 보면 핵융합이 왜 꿈의 에너지인지 한눈에 보인다.
분열은 위험을 안고 에너지를 얻는 것이고
융합은 위험 없이 무한한 에너지를 얻는 것이다.
4. 1억도를 견디는 텅스텐
가장 큰 기술적 난관은 내벽이었다.
1억 도의 플라즈마가 내벽에 닿으면 녹아버린다.
기존에는 탄소 타일을 썼는데 오래 버티지 못했다.
30초가 한계였던 이유가 여기 있었다.
한국핵융합에너지연구원은 탄소보다 열속 한계치가 높은 텅스텐으로 내벽을 교체했다.
텅스텐은 높은 녹는 점과 저항성, 낮은 방사화 특성을 가진다.
텅스텐은 지구상에서 가장 높은 녹는점을 가진 금속이다.
3422도에서 녹는다.
그 텅스텐으로 1억도의 플라즈마를 막겠다는 것이다.
물론
플라즈마가 직접 닿지는 않는다.
강력한 자기장으로 플라즈마를 공중에 띄워두는 것이다.
내벽은 간접적인 열과 입자를 견디는 역할이다.
5. 300초가 열어주는 세계
만약 KSTAR가 300초를 달성하면 무슨 일이 벌어지는가.
핵융합 발전소 상용화의 문이 열린다. 그 이후는 이렇게 바뀐다.
● 전 세계 바닷물을 연료로 쓴다.
● 석유, 석탄, 천연가스가 필요 없어진다.
● 탄소 배출 제로다.
● 전기 요금이 극적으로 낮아진다.
● 데이터센터 전력 문제가 사라진다.
● AI 채굴 전력 문제가 사라진다.
● 전기차 충전 인프라 문제가 사라진다.
● 지구 온난화를 멈출 수 있는 에너지가 생기는 것이다.
물론 아직 갈 길이 멀다.
300초를 달성해도 실제 발전소를 짓고 전기를 공급하기까지는 수십 년이 더 필요하다.
국제핵융합실험로 ITER도 2035년 전후를 목표로 하고 있다.
사실 요즘 기술 발전 속도를 보면 어쩌면 좀더 앞당겨질 가능성이 높다.
AI가 핵융합 연구를 돕고 있을 것이기 때문이다.
플라즈마 제어 알고리즘을 AI가 실시간으로 최적화하면서 실험 속도가 몇 배 빨라지는 것이다.
인간 과학자가 수십 년 걸릴 실험을 AI가 몇 년 만에 해내고 있다.
300초라는 문턱을 넘는 것 자체가 인류 역사에 기록될 사건이다.
6. 한국이 에너지 강국이 될 수 있는가
한국은 에너지 자원이 없는 나라다.
석유도 없고 가스도 없다.
에너지 대부분을 수입에 의존한다.
그런데 핵융합이 상용화되면 이야기가 달라진다.
● 연료인 중수소는 바닷물에서 얻는다.
● 삼면이 바다인 한국에게 바닷물은 무한한 자원이다.
● 반도체로 세계를 이끌었고 배터리로 세계를 이끌었던 한국이
● 이번에는 에너지 기술로 세계를 이끌 수 있는 가능성이 열리고 있는 것이다.
KSTAR가 300초를 달성하는 날 한국은 세계에서 가장 핫한 나라가 되는 것이다.
핵융합이 서두르는 이유가 하나 더 있다.
지구가 빠르게 뜨거워지고 있기 때문이다.
과학자들이 2100년이라고 했던 해수면 상승이 2050년으로 앞당겨지고 있다.
제주도 최고의 절경 중 하나인
산방산 용머리해안을 보면 해수면 상승의 실체를 실감한다.
통제되는 구간이 자꾸 잦아지는 것 같고 해안로가 점점 좁아지는 것 같다.
먼 나라 이야기가 아니라 우리 눈앞의 현실인 것이다.
핵융합이 상용화되면 탄소 배출이 사라진다.
지구 온난화를 멈출 수 있는 유일한 에너지가 될 수 있다.
그래서 각국 정부와 빅테크가 핵융합에 미친 듯이 투자하는 것이다.
KSTAR의 300초는 단순한 기술 기록이 아니다.
지구를 살릴 수 있는 열쇠일 수 있다.
마무리
오늘 리포트를 쓰면서 새삼 자랑스러웠습니다.
대전 연구소 한 켠에서 조용히 태양을 만들고 있는 사람들이 있다는 것이요.
화려한 뉴스도 없이 묵묵히 1억 도의 플라즈마와 씨름하는 과학자들이요..
데이터센터가 전기를 먹고 냉각이 필요한 이 시대에
그 에너지 문제 자체를 해결할 수 있는 기술을 한국이 쥐고 있다는 것.
그것이 오늘 리포트의 결론입니다.
이상, 리포터 라태였습니다.