이석원 기자
마침내 국제 열핵융합 에너지 프로젝트를 위한 토로이달 자석 설계와 납품이 완료됐다. ITER는 핵융합이 에너지원으로 실현 가능한지 테스트하기 위한 토카막을 건설하는 35개국 공동 프로젝트. ITER 발표에 따르면 19개 코일이 현재 남프랑스에 있으며 이 거대한 핵융합 프로젝트가 첫 플라즈마를 생성할 준비를 마쳤다. 토카막은 핵융합 반응으로 연료 공급되는 연소 플라즈마를 유지하기 위해 도넛 모양인 토러스 형상을 하고 있다.
핵융합은 2개 이상 가벼운 원자핵이 결합해 원자핵 하나를 형성하고 그 과정에서 대량 에너지를 방출하는 반응. 무거운 원자핵을 분열시켜 에너지와 방사성 폐기물을 생성하는 핵분열과는 다르다. 핵융합은 자연계에서 발생하며 별을 움직이는 반응이지만 지구상에서는 자연적으로 일어나지 않는다.
하지만 현재의 물리학자와 엔지니어는 토카막이나 레이저를 설계해 실험실에서 핵융합 실험을 수행할 수 있다. 어려운 점은 촉매 작용에 필요한 에너지보다 더 많은 에너지를 생성하는 핵융합 반응을 촉진하는 것이지만 이론상으로는 이를 통해 무한한 에너지를 만들어낼 수 있다.
토카막은 도넛 모양 진공 용기 주위에 배치된 초전도 코일에 의한 자기장과 플라즈마 내에 흐르는 전류와의 작용으로 플라즈마를 가둬둔다. ITER 토로이달 필드 코일은 섭씨 -269도까지 냉각되어 초전도 상태가 된다. 이 높이 17m 코일로 플라즈마가 도넛 모양 용기 주위에 감겨 진공 용기 내 핵융합을 제어할 수 있게 된다.
ITER는 최대 규모 토카막으로 110톤에 이르는 6개 자석 모듈로 이뤄진 중심 솔레노이드 코일을 갖추고 있다. 토카막 전체 무게는 2만 3,000톤에 달하며 그 자석은 지구 전체가 생성하는 자기장 30만 배에 달하는 강력한 자기장을 생성한다.
플라즈마는 섭씨 1억 5,000만 도, 태양 중심부 10배나 되는 온도에 이른다. ITER는 내년 첫 플라즈마 생성을 예정하고 있으며 첫 핵융합 반응은 2035년을 예정하고 있다.
1985년 고르바초프 당시 소련 서기장과 로널드 레이건 미국 전 대통령에 의해 제안된 ITER 프로젝트는 2005년 처음으로 공식 설치 장소가 결정됐다. 그로부터 20년이 지났지만 아직 토카막에서의 실험은 이뤄지지 않았다. 보도에 따르면 ITER 비용은 당초 예산 4배로 늘어나 프로젝트 총비용은 추정 220억 달러를 초과한다고 한다. 여기에는 기술적 결함과 코로나도 영향을 미쳤다.
불편한 진실로 핵융합을 에너지원으로 이용할 수 있게 되는 건 50년 뒤 일이라고 한다. 이는 항상 오늘날 기술을 넘어선 곳에 있으며 마치 얻을 수 없는 옛 연인처럼 이번에도 아니었다고 항상 말해지고 있다. ITER는 핵융합의 기술적 실현 가능성을 증명하는 걸 목적으로 하지만 경제적 실현 가능성은 포함되어 있지 않다. 이는 또 다른 큰 과제로 핵융합을 실현 가능한 에너지원으로 만들 뿐 아니라 전력망에 경제적으로 실행 가능해야 한다.
핵융합은 에너지 물리학의 성배라고 불린다. 화석 연료 의존에서 벗어날 수 있는 수단으로 큰 기대를 받고 있지만 지금 당장 기후 변화의 특효약이 되는 건 아니다. 물론 핵융합에 기대해야 하고 비관적일 필요는 없지만 아직 시간이 많이 필요한 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
이원영 기자
