`핵융합` 중요한 이정표...들인 에너지보다 더 많은 에너지 얻었다

美, 로렌스리버모어국립연구소 NIF 연구팀 핵융합 '점화' 첫 성공
"상용화엔 관문 아직 매우 많아…수십년 내 발전소 건설 가능할 것"
인류가 무한 청정에너지 원으로 기대를 모으는 핵융합 발전 실현에 중요한 진전을 이뤄냈다.

제니퍼 그랜홈 미국 에너지부 장관은 13일(현지시간) 로렌스리버모어 국립연구소(LLNL)의 핵융합 연구시설 '국립점화시설'(NIF) 연구팀이 지난 5일 핵융합 '점화'(ignition)에 처음 성공했다고 발표했다. 핵융합 점화는 핵융합을 위해 들인 에너지보다 더 많은 에너지를 핵융합을 통해 얻는 것을 의미한다.

이 관문을 통과하면 에너지를 추가로 넣지 않아도 핵융합 반응이 연쇄적으로 일어날 수 있어 핵융합 실용화에 중대한 이정표로 꼽힌다.

핵융합발전은 태양이 에너지를 만들어내는 것과 같은 원리다. 그래서 '인공태양'이라고도 불린다. 핵융합 반응이 일어나려면 수소의 원자핵과 전자가 분리된 상태인 플라즈마를 만든 후 이를 초고압 초고온으로 가열해 원자핵끼리 융합 반응이 일어나야 한다. NIF는 중수소와 삼중수소가 들어 있는 BB탄 크기의 금속 캡슐에 강력한 레이저를 쏴 내부에서 핵융합이 일어나는 '관성 가둠 핵융합'(Inertia Confinement Fusion) 기술을 연구해왔다.

NIF 연구팀은 지난 5일 실험에서 2.05메가줄(MJ)의 에너지를 투입해 3.15MJ의 에너지를 얻었다. '줄'(J)은 에너지 및 일의 국제표준 단위다. 1J은 1N(뉴턴·힘의 단위로 1N은 질량 1kg인 물체에 작용했을 때 가속도 1m/sec2로 움직이게 하는 힘을 말한다)의 힘으로 물체를 힘의 방향으로 1m 만큼 움직이는 동안 하는 일 또는 필요한 에너지를 의미한다. 에너지부는 이 실험을 통해 관성 가둠 핵융합 연구를 이어가기 위한 과학적 근거를 입증했다고 밝혔다.

킴벌리 부딜 LLNL 소장은 "실험실 환경에서조차 캡슐을 점화하지 못하면 관성 가둠 방식을 활용한 핵융합 발전을 기대할 수 없다"며 "우리는 매우 오랫동안 이 근본적인 첫 발걸음을 내딛지 못해서 핵융합 연구에서 진전을 이뤄내지 못했다"고 밝혔다.

그랜홈 장관은 "핵융합 점화를 실현하는 데 경력을 바친 NIF 연구자와 직원들이 이룬 획기적인 성과이며 이 이정표가 더 많은 발견으로 이어질 것을 의심하지 않는다"고 말했다.

그러나 이번 성과가 안정적인 핵융합 발전으로 이어지려면 넘어야 할 관문이 많다. NIF가 사용한 레이저 장비는 레이저를 생성하는 데 쓴 에너지의 극히 일부만 실제 레이저로 전환해 효율성이 크게 떨어진다. 또 핵융합 발전이 일어나려면 처음에 에너지를 공급한 후 핵융합 반응이 연쇄적으로 일어나야 하는데 현재 NIF는 한 번에 한 건의 핵융합 반응만 일으킬 수 있다.

부딜 연구소장은 핵융합 발전이 상용화되려면 여전히 과학뿐 아니라 기술적으로 넘어야 할 매우 큰 장애물들이 있다고 밝혔다. 그는 "상업적으로 핵융합 에너지를 생산하려면 1분 이내에 더 많은 점화가 일어나야 한다"며 "연구와 투자를 집중하면 몇십 년 내에 발전소 건설이 가능할 것"이라고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr