10주년 맞은 한국형 핵융합연구로… '땅 위의 태양'서 에너지 미래 찾는다

핵융합연구소 보고대회

핵융합 통해 에너지 발전
태양의 원리와 비슷해 '꿈의 에너지'로 불러

한국 기술 국제서도 인정
자기부상·인공위성 카메라 등 첨단 미래기술 연구 활발

대전 유성에 가동 중인 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR). /국가핵융합연구소 제공

한국과 미국 러시아 유럽연합(EU) 일본 중국 인도 등 7개국이 프랑스 카다라슈에 짓고 있는 국제핵융합실험로(ITER)가 본격적인 공사에 들어간 지 10년째를 맞았다. ITER는 핵융합 발전의 가능성을 검증하기 위한 거대 실험장치로 2007년 첫 삽을 떴다. 같은 해 9월 한국에서도 핵융합 연구의 서막을 알린 사건이 있었다. 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR)가 착수 12년 만에 완공된 것이다. 7일 대전 유성 컨벤션센터에서는 국가핵융합연구소 주최로 지난 10년간 핵융합 연구 성과를 발표하는 ‘핵융합기술혁신 국민보고대회’가 열렸다.

핵융합 발전은 수소 원자핵이 합쳐질 때 발생하는 막대한 핵융합 에너지에서 전기를 생산하는 발전 방식이다. 핵융합에 사용되는 중수소는 바닷물 1L에 0.03g이 있는데 이는 300L 휘발유가 내는 에너지와 맞먹는다. 삼중수소를 만드는 데 쓰이는 리튬도 지표면과 바다에 1500만 년 동안 사용할 양이 매장돼 있을 만큼 풍부하다. 핵융합을 ‘꿈의 에너지’ ‘땅 위의 인공태양’으로 부르는 이유다.

KSTAR와 ITER는 플라즈마를 이용해 핵융합을 땅 위에서 실현하는 인공시설물이다. KSTAR는 2035년 가동을 시작하는 ITER의 20분의 1 축소판이다. 연구자들은 KSTAR의 성공 여부에 따라 ITER의 운명이 달라질 수 있다고 보고 있다.

한국은 KSTAR를 만들면서 세계에서 가장 앞선 초전도 자석 기술을 확보했다. 플라즈마를 담는 진공 용기인 토카막 기술도 최고 수준을 보유했다. 한국은 ITER의 핵심 장치인 진공용기 본체 9개 부분 중 2개 제작을 맡고 있다.

플라즈마를 다루는 기술에서 새 이정표를 세우고 있다. KSTAR를 운용 시작 1년 만인 2008년 0.1초간 첫 플라즈마 불꽃을 일으킨 뒤 2010년 세계에서 가장 먼저 핵융합 발전에 사용할 수 있는 ‘고성능 모드(H모드)’ 플라즈마를 발생시키는 데 성공했다. 지난해엔 세계 최장 시간인 72초를 달성하기도 했다. 올초에는 핵융합을 가로막는 난제 중 하나인 플라즈마 경계면의 불안정 상태를 34초간 제어하면서 ITER 운영요건을 충족하는 유일한 핵융합장치라는 평가를 받았다.

한국 과학자들도 세계 핵융합 연구를 주도하고 있다. 이경수 전 국가핵융합연구소장이 2015년 ITER 국제기구 서열 2위인 기술총괄 사무차장에 오른 데 이어 건설을 책임진 건설본부장과 핵심시설인 진공용기 개발을 총괄하는 자리를 한국 과학자들이 맡고 있다. 국내 기업들도 적지 않은 경제적 효과를 보고 있다.

ITER 사업에 참여하는 110개 국내 기업이 2007년 이후 지난 10월까지 수주한 부품 제작 납품 건은 102건, 수주액만 5543억원에 이른다. 윤시우 핵융합연구소 고성능플라즈마 물리연구부장은 “한국은 다른 나라보다 늦게 핵융합연구에 뛰어들었지만 KSTAR라는 높은 품질의 장치를 건설하면서 중간진입 전략에 성공한 사례라는 평가를 받고 있다”며 “ITER의 타당성이 어느 정도 사전에 검증되면 2040~2050년께는 핵융합 발전을 하는 실증로를 볼 수 있을 전망”이라고 말했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com