청취자 여러분 안녕하세요? 여러분들을 세계의 첨단과학기술과 IT 발전 세계로 안내하는 북한에서 온 박사 김흥광입니다.
저는 북한에 있을 때 늘 이런 말에 익숙해서 살았습니다. “태양은 멀리 있으면 얼어죽고, 너무 가까이 있으면 데어죽는다” 이 말은 본인의 입신양명을 위해서 김정은과 같은 최고 권력자들과의 관계를 어떻게 가져야 하는가에 대한 교훈을 주는 격언인데요.
오늘 들려드리려는 태양 이야기는 사람들을 못살게 구는 소위 거짓 ‘태양’이 아니고, 사람들에게 따사로움과 삶의 에너지를 주는 진짜 태양이 곧 만들어지게 된다는 기분이 참 좋은 소식입니다.
인공태양의 실체는 무엇인가 ?
저하늘에 태양이 떡하니 있는데 뭘 또 다른 태양을 만들어내는가 싶기도 하겠지만 수억 킬로미터 밖에 있는 태양이 내는 열과 빛을 지구에서 받아 에너지를 생산하는 것이 효율성이 매우 낮기 때문에 아예 태양과 같은 원리로 거대한 빛과 열을 내는 특수한 장치 만들려고 하는데 그게 바로 인공태양입니다.
인공태양이 뜨면 어떤 일이 벌어질까요? 물론 인공태양은 외부로 밝은 빛을 뿌리지는 않고, 뜨거운 열과 거대한 에네지를 생신합니다. 그렇다면 그 인공태양의 실체는 무엇일까요? 네, 핵융합 발전소가 바로 인공태양입니다.
지구촌의 최고의 물리학자들이 총동원되어 연구하고 만들어내고 있는 인공태양 즉 핵융합 발전소는 원래는 2050년경에 완공될 예정이었는데 얼마전 이 계획을 10년 이상 앞당길수도 있다는 가능성이 커졌다는 보도가 나왔습니다.
미국의 마이크로소프트가 핵융합 발전소를 연구하는 연구팀과 5년 뒤부터 핵융합 발전으로 만든 전기를 사서 쓰겠다는 전기공급 계약을 맺는 희한한 일이 일어났습니다. 세상 사람들중 마이크로소프트 회사를 모르는 사람은 정말 없을 것입니다. 이런 마이크로소프트에게 전기를 공급할 곳은 미국 스타트업 ‘헬리온 에너지’라는 연구업체입니다.
지난 5월 10일 두 회사는 2028년부터 헬리온 에너지가 핵융합 발전을 시작하고 1년 뒤 50메가와트 이상을 발전해 마이크로소프트에 공급한다는 계약을 맺었습니다. 이게 현실적으로 가능할까요? 전문가들이 사이에선 다양한 평가가 있습니다.
그럼 인공태양은 어떻게 만들어질까요 ?
태양이 거대한 빛과 열을 내는 기본 이치는 바로 태양의 핵심부에서 매일 일어나고 있는 핵융합 반응 때문입니다. 수소 원자 두개의 핵이 합쳐져 헬륨이 만들어지면서 우리가 활용하는 태양 빛과 열에너지가 나옵니다. 이처럼 서로 다른 원자의 핵이 합쳐지며 이전과 다른 원자가 되는 반응이 핵융합 반응입니다.
이때 수소와 같은 일부 원자들은 핵융합 반응으로 새로 원자가 만들어졌을 때 이전에 따로 있던 원자핵 두 개를 합친 것보다 질량은 작아집니다. 결국 남는 질량만큼 에너지가 생기게 됩니다. 이렇게 에너지를 얻는 방식의 효율이 높기 때문에 사람들은 이 방식을 전기 생산에 활용하려 했습니다.
원자력 발전과 화력 발전이 물을 가열해 나온 수증기로 터빈을 돌리는 것처럼 핵융합 반응에서 나온 에너지로 똑같이 물을 끓이고 터빈을 돌리면 됩니다. 게다가 대부분의 실험실에서는 바닷물에서 얻을 수 있는 ‘중수소’와 리튬에서 만들어 낼 수 있는 ‘삼중수소’를 활용해 핵융합 반응을 일으킵니다.
결국은 석탄이나 우라늄을 원료로 전기를 생산하는 기존의 전기생산 방식에 비해 효율은 높으며 탄소 배출을 줄일 수 있는 획기적인 친환경 에너지 생산방법이라고 부르게 되는 것입니다.
문제는 이 반응을 지구에서 일으키기 어렵다는 것입니다. 보통 원자의 핵은 서로 밀어내려는 힘이 강하기 때문에 핵융합 반응이 일어날 만큼 가까워지기가 매우 어렵습니다. 게다가 태양은 지구보다 중력이 약 27배 높아 약 1,500만℃ 정도에서도 핵융합이 일어나지만, 지구 중력 정도에선 1억℃가 넘어야 핵융합 반응이 일어난다고 합니다.
앞의 설명을 통해서 인공태양을 띄우기 위해서는 핵융합 반응이 일어나도록 원자핵을 강력하게 밀어붙이는 힘을 만들어내는 것이 관건임을 알게 되었습니다. 이를 위해 세계적 과학계에서 가장 관심을 두고 있는 주류 방식은 한국 핵융합 에너지연구원과 국제핵융합실험로(ITER)가 쓰는 ‘자기장 가둠 방식’입니다.
1억℃가 넘는 플라스마를 담을 그릇이 없기 때문에 이를 자기장으로 띄워 유지하는 ‘토카막’이라는 장치를 씁니다. 다른 방식도 있습니다. 일례로 미국 국립점화시설은 ‘관성 가둠 방식’을 씁니다.
아주 작은 입자에 중수소, 삼중 수소 등을 넣고 강력한 레이저를 쏘면 내부가 고온, 고압 상태가 되는 원리를 이용하는 방식을 연구해냈습니다. 또 헬리온 에너지처럼 일부에서는 두 방법을 섞은 ‘FRC’ 방식을 연구하고 있습니다. .
세계적인 핵융합 발전소 “실증모델”이 2035년까지 3단계 설계를 완료하게 되면 태양 에너지를 지구상에서 구현해 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 발전으로 전력을 생산할 수 있는 ‘실증로’건 설에 착수됩니다.
지금까지 서울에서 김흥광이었습니다.
에디터 이진서, 웹팀 이경하