핵융합 발전에 관하여

 오늘의 주말특강은 핵융합 발전에 관해 이루어졌다. NFRI(국가 핵융합 연구소)에서 오신 박사님은 우리에게 미래의 핵융합 발전에 대해서, 그리고 핵융합과 관련된 진로에 대해 자세히 소개해주셨다. NFRI의 목표는 '인공 태양 만들기'이다. 여기서 인공 태양이란 태양의 원리인 수소 핵융합 반응을 그대로 적용한 핵융합 발전소를 말한다.

 

 

 핵융합 발전이 그토록 중요시되고 강조되는 이유는 무엇일까? 그 이유는 21세기 우리가 원하는 에너지의 조건을 모두 갖추고 있는 완벽한 에너지이기 때문이다. 에너지 부족 현상, 지구 온난화로 인해 미래의 에너지는 자원량 풍부, 저환경 파괴, 저폐기물량, 낮은 에너지 가격, 높은 안전성이라는 조건을 갖추고 있어야 한다. 따라서 21세기의 주된 에너지는 핵융합 에너지가 될 가능성이 매우 높다.

 

 태양 중심에서는 수소 핵융합 반응이 일어난다. 이를 위해서는 높은 온도와 압력이어야 하고 플라즈마 상태이어야 한다. 플라즈마란 고체, 액체, 기체외의 제 4의 상태로 매우 고온에서 양전하와 전자로 존재하는 상태를 말한다.

 

 그런데 태양의 경우, 플라즈마의 압력을 중력이 견딘다. 그런데 인공 태양을 만들 경우, 태양처럼 강한 중력을 발생시키기 어렵다. 따라서 선택한 대안이 바로 자기장이다. 자기장을 나선형으로 걸어주게 되면 플라즈마가 용기를 탈출하지 못하게 된다. 이것을 '토카막'이라고 하는데, 초전도 전자석으로 만들어 플라즈마를 가두는 것을 '자기장 가둠'이라 일컫는다.

 

 또한 수소가 필요한데, 이는 바다로부터 추출할 수 있다. 따라서 거의 무한하다고 볼 수 있다. 그리고 마지막으로 1억도 이상의 플라즈마 환경이 필요하다. 이 세가지가 핵융합 발전의 기본이라고 볼 수 있다. 한국이 개발한 최초의 실험용 태양이 바로 KSTAR이다. 우리나라의 기술도 NFRI와 더불어 점점 발전해 가고 있다.

 

 

 또한 ITER 프로젝트라고 불리는 국제열핵융합실험로에도 참여하고 있다. ITER는 국제 토카막 실험로로 프랑스 까다라쉬에서 2006년 11월 24일부터 건설이 시작되었다. 세계 7개 나라(미국, 유럽, 러시아, 중국, 인도, 일본, 한국)이 참여한다. ITER은 KSTAR의 3배 규모로 실제 핵융합 발전소 사이즈로 건설 중이다. 특히 3.11 후쿠시마 원전사고를 거울삼아 내진설계를 철저히 하고 있다고 한다. ITER 프로젝트가 성공적으로 끝나면 20~30년 내에 대용량 전기 생산이 가능해진다.아직 30년 이상 개발이 필요하기 때문에 많은 인재가 필요하다고 한다.

 

 박사님은 핵융합의 여러 구조에 필요한 과학 분야를 소개해주셨는데, 그 중에 내가 관심있는 재료공학도 많은 부분을 차지하고 있었다. 미래에 우리나라의 핵 융합 발전소 개발을 주도할 수 있게 된다면 정말 멋진 일이 될 것이라고 생각한다.