태양 중심 6배 온도 달성한 핵융합 실험 장치

토카막형이라고 불리는 방식을 채택해 소형이면서 구형이라는 걸 특징으로 삼는 핵융합 실험 장치인 ST40으로 1억도가 넘는 이온 온도를 달성하고 관련 논문이 공개됐다. 핵융합로에서 중요한 이정표인 1억도라는 온도가 구형 토카막형으로 이뤄진 건 이번이 처음이다.

원자 핵융합 반응을 이용한 원자로인 핵융합로에 대해선 초고온 플라즈마를 가두는 자장 가두기 방식이라는 수법이 차세대 기술로 주목받고 있다. 자기장을 가두는 방식은 코일을 도넛 모양으로 감아 전류를 흘려 발생한 자장 안에 플라즈마를 가두는 것이지만 코일을 감는 방법에 따라 헬리컬형과 토카막형 2종류로 나뉜다.

이런 핵융합로에선 수소 일종인 중수소와 삼중수소를 태양 중심부보다 높은 온도에서 가열해 플라즈마를 만들 수 있다. 토카막형에선 가열된 플라즈마를 강력한 자석을 이용해 링 모양 토카막 장치 내에 가둬 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생성한다.

토카막형 소형 고자장 구형 장치인 ST40은 구형이지만 완전한 원형에 가까운 건 아니며 사과처럼 세로로 조금 긴 형태다. 구형인 건 안정성을 높이는 등 이점이 있어 기존 도넛형 형태보다 저렴하게 고품질 플라즈마를 생성하는 게 기대되고 있다.

이런 ST40이 8.6KeV 그러니까 1억도 온도를 달성하며 공개된 논문에 따르면 지금까지 5KeV 이상 이온 온도는 구형 토카막형으로 달성된 적이 없고 훨씬 더 높은 플라즈마 가열 파워를 가진 대형 장치에서만 달성된 것이라고 한다. 또 자장 가두기 방식을 채택한 상업 핵융합에 요구되는 적온을 소형 고자장 구형 토카막형이 달성할 가능성으로 처음으로 증명해 큰 성공이라고 말할 수 있다고 한다.

개발팀은 토카막 설계와 건설, 운영, 검증에 10년 경험을 보유하고 있으며 토카막을 이용한 기록적 결과를 냈다면서도 아직 발명해야 할 기술이나 극복해야 할 과제가 있는 만큼 이를 해결하면 2030년대에는 토카막형 핵융합로를 이용한 발전소가 실현될 것이라고 밝혔다. 또 핵융합 연료 1kg은 1,000만kg 석탄을 태울 때와 같은 에너지를 방출하는 만큼 미래 다른 자연 에너지와 경쟁하는 게 아니라 보완해 이용할 수 있을 것이라고 덧붙였다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.