미국 정부 산하 연구소가 지난해 처음 성공한 핵융합 '점화'(ignition)를 올해 세 차례 더 성공시켰다고 20일(현지시간) 미국 CNN방송이 보도했다. 미국 '로런스 리버모어 국립연구소'(LLNL)의 이달 보고서에 따르면 연구소 산하 '국립점화시설'(NIF) 연구팀은 지난해 12월 세계 최초로 성공시킨 핵융합 점화를 올해 7월 다시 재연했고 10월에는 두 차례 더 반복했다.
점화란 첫 핵융합 반응 이후 추가 에너지 투입 없이 자동으로 융합 반응이 이어지는 상태로, 핵융합 연구에 중대한 이정표로 여겨진다.
점화가 이뤄지려면 투입한 에너지보다 더 큰 에너지가 핵융합 반응으로 만들어져야 하는데 LLNL이 이를 연속해서 성공한 것이다. 핵융합 반응을 지구상에서 인공적으로 일으켜 안정적으로 에너지를 만드는 기술이 상용화되면 탄소나 오염물질 배출 없이 전력을 사실상 무제한으로 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
NIF에서는 중수소와 삼중수소가 들어 있는 BB탄 크기의 금속 캡슐에 강력한 레이저를 쏴 내부를 초고압 초고온 상태로 만들어 핵융합을 일으키는 '관성 가둠 핵융합'(Inertia Confinement Fusion) 방식을 연구해왔다.
NIF는 작년 12월5일 처음 점화에 성공했을 때는 2.05메가줄(MJ)의 에너지를 투입해 3.15MJ의 핵융합 에너지를 얻어냈다. 지난 7월30일 실험에서는 2MJ을 투입해 3.88MJ을 방출시켰다.
이는 현재까지 달성된 가장 높은 에너지 효율이다.
연구소는 10월에도 두 차례 후속 실험에서 에너지 순(純)증가 달성에 성공했다. 연구팀은 보고서에서 "이 결과들은 다양한 메가줄 수준에서 일관성 있게 핵융합 에너지를 생산해내는 NIF의 능력을 보여준다"고 자평했다.
영국 런던 임피리얼칼리지 '관성핵융합 연구센터'의 브라이언 아펠베 연구원도 이러한 결과가 다양한 조건에서도 핵융합 점화를 달성하는 "과정의 강력함"을 보였으며 "어떻게 하면 최대한의 에너지를 얻어낼지 등 다음 단계의 과제를 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다"고 말했다.
핵융합은 초고온·고압 상태에서 두 개의 가벼운 원자가 충돌해 하나의 무거운 핵을 형성하는 것으로 반응 과정에서 많은 양의 에너지를 방출하게 된다.
태양 등 별에서 나오는 에너지의 근원이기도 하다.
핵융합 에너지는 원료가 무궁무진하고 반응 과정에서 폭발 위험이나 탄소배출이 거의 없으며 폐기물도 화석연료나 원자력 에너지보다 훨씬 적어 미래 청정 에너지원으로 기대를 모으고 있다.
다만 상업적인 핵융합 발전에 이르기까지는 아직 갈 길이 멀다.
NIF의 실험은 기기 재장전에 시간이 걸려 연쇄반응으로는 이어지지 못했다.
상용 핵융합 발전소를 만들려면 투입 에너지 대비 배출 에너지가 30배 수준에는 달해야 하며 레이저도 초당 10차례 쏠 수 있어야 하는 등 많은 공학적·경제적 도전과제를 해결해야 한다.
전문가들은 핵융합 상용화까지 수십 년은 더 걸릴 것으로 보고 있다.
미국 정부는 그러나 상업 핵융합로를 10년 안에 만들겠다는 비전을 가지고 있다. 미국 에너지부는 지난해 12월 LLNL을 포함한 여러 핵융합 연구기관을 아울러 '허브'를 설립하는 프로그램에 4천200만달러(약 547억원)를 투자하겠다고 발표한 바 있다.