핵융합 발전은 화석연료가 아닌 수소를 연료로 하며 배출되는 것도 온실가스나 방사성 폐기물이 아니라 산업 분야에서 이용 가치가 높은 헬륨이다. 이런 핵융합 발전 실현에 한 걸음 근접한 중요한 실험이 성공하기까지는 어떤 과정이 필요했을까.
미국 로렌스리버모어국립연구소는 2021년 8월 8일 중수소와 트리튬으로 만들어진 연료 펠릿에 레이저 192개를 집중시켜 핵융합 반응을 일으키는 레이저 융합으로 1.3메가줄 에너지를 발생시키는데 성공했다. 이 실험은 발생시킨 에너지는 물론 핵융합 발전 실용화에 필요한 점화라는 절차 달성을 향해 크게 진일보한 것으로 주목받았다.
이 실험을 성공시킨 연구팀은 실험 1년이 지난 올해 8월 8일 성과를 정리한 논문 3개를 발표했다. 이 가운데 미국물리학회지(Physical Review Letters)에 게재된 논문에는 1,000명이 넘는 저자명이 게재되어 역사적 기록 수립을 향해 오랫동안 공헌해온 많은 연구자에게 찬사가 보내지고 있다.
로렌스리버모어국립연구소 측 인사는 1년 전 실험에 대해 2021년 8월 기록적인 장면은 핵융합 연구에 있어 큰 과학적 진보이며 실험실 내 핵융합 점화가 가능하다는 걸 입증하는 것이라면서 점화에 필요한 조건을 달성하는 건 모든 핵융합 연구에서 오랜 목표이며 알파 입자에 의한 자기 가열이 핵융합 플라즈마를 식히는 모든 메커니즘을 웃도는 새로운 실험 영역의 문을 여는 일이라고 밝혔다.
이번에 발표된 논문에선 실험이 성공하기까지 시행착오도 적고 있다. 논문 3개 중 1개 저자에 따르면 2021년 8월 실험 전인 2020년과 2021년 초 2회 실험이 이뤄졌다고 한다. 이 실험 결과를 바탕으로 개선을 거듭한 게 2021년 8월 실험 성공의 열쇠가 됐다는 것이다.
또 다른 논문 저자는 용기를 개선해 효율적 반응이 발생하도록 한 것, 연료 캡슐 품질을 올린 것, 연료가 담긴 튜브 소형화가 실험 성공을 이끌었다고 말했다.
이후 실시한 재실험에선 2021년 8월 실험에서 기록된 1.3메가줄에 필적하는 에너지 수율은 얻지 못했지만 모든 실험에서 430∼700킬로줄과 이전 최고 기록 170킬로줄을 훨씬 초과하는 수율이 확인됐다. 과학자는 이런 실험에서 얻은 지식을 바탕으로 레이저나 타깃, 실험 방법 등 개선을 계속해 핵융합 실현을 형해 꾸준한 행보를 이어가고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.