수소나 헬륨 같은 가벼운 핵종이 융합해 더 무거운 핵종이 되는 걸 핵융합 반응이라고 부르며 이 반응에 의해 나오는 핵융합 에너지를 이용한 핵융합 발전은 기존 발전 방식을 대체하는 깨끗하고 효율적인 발전 방식이 될 것으로 기대되고 있다. 새롭게 미국 핵융합 발전 기술 개발 기업인 TAE테크놀러지스(TAE Technologies)와 일본 핵융합과학연구소 NIFS가 수소와 붕소를 이용한 혁신적인 핵융합 기술 테스트에 성공했다고 보고했다.
핵융합 반응은 에너지를 생성할 때 핵폐기물이나 온실가스를 거의 생성하지 않는다는 특징을 갖고 있기 때문에 새로운 청정 에너지원으로 기대되고 있다. 현재 전 세계에선 수십 개 이상 팀이 핵융합 발전 실용화를 목표로 경쟁하고 있으며 주류는 수소와 삼중수소를 이용한 핵융합이다. 하지만 삼중수소는 방사능을 가진 방사성 동위원소인데 희소하고 고가라는 단점이 있다.
따라서 TAE테크놀러지스는 수소-삼중수소 핵융합 발전을 대체하는 방식으로 지구상에 풍부하게 존재하고 있어 안전한 붕소를 사용한 수소-붕소 핵융합 발전 개발에 임하고 있다. 2021년 NIFS와 손잡고 LHD라는 장치를 이용해 수소-붕소 융합 반응 실험 실시를 발표한 바 있다.
이번에 연구팀은 플라즈마를 가두기 위해 자기장을 이용한 자기장 가두기 방식을 이용해 사상 첫 수소-붕소 핵융합 반응 테스트를 완료했다고 보고했다. 수소-붕소 핵융합 반응에선 부산물로 알파 입자라고도 불리는 헬륨 원자핵이 방출된다. 연구팀은 이를 이용해 검출기를 이용해 핵융합 반응에 수반되는 알파 입자 방출을 확인했다고 한다.
연구팀은 이번 실험이 풍부한 데이터를 제공하며 수소-붕소가 실용 수준 융합 발전에 적합하다는 걸 보여준다며 물리적 과제를 해결하고 비방사성으로 풍부한 연료인 붕소에 의한 혁신적이고 새로운 형태 탄소프리 에너지를 전 세계에 제공할 것이라고 확신한다고 밝혔다. 핵융합 발전 기업 상당수는 플라즈마를 가두기 위해 토카막 방식을 채택하지만 이 기업은 FRC(Field-reversed configuration)라는 방식을 채용하고 있다. 토카막형에선 사용하는 연료가 수소-삼중수소에 한정되어 버리지만 FRC는 범용성이 높고 수소-삼중수소 뿐 아니라 수소-붕소나 삼중수소-헬륨 같은 조합에도 대응할 수 있다고 한다. 또 FRC는 토카막형에 비해 설치 면적이 적어 최대 100배 전력을 생성할 가능성이 있다고 한다.
TAE테크놀로지스는 이번 연구 결과를 통해 2030년대 첫 수소-붕소 핵융합 발전로를 이용한 전력 공급 목표를 위해 기술 라이선스 공여가 가능하도록 노력할 방침이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.