우리가 알고 있는 원자력 발전은 1개의 물질(우라늄)이 2개의 가벼운 물질로 분열하면서 에너지를 발생시키는 핵분열 방식이다. 이에 반해 핵융합 방식은 반대로 2개의 물질(중수소와 삼중수소)이 외부의 힘을 받으며 합쳐진 뒤 더 무거운 1개 물질로 변하는 과정에서 에너지를 발생시킨다. 사실상 또 다른 태양을 확보하는 일이다.
핵융합 현상이 일어나게 하려면 온도를 섭씨 1억도가 넘게 만들어야 한다. 문제는 핵융합 연쇄 반응이 일어날 수 있도록 음전하 입자와 양전하 입자가 서로 분리된 플라스마 상태를 유지해야 한다는 사실이다. 하지만 아직까지 기술적으로 도달하지 못하고 있다. 섭씨 1억도 이상의 온도를 꾸준히 유지할 수 있게 하는 것이 현재로서는 난제 그 자체다.
우리나라는 1995년 국가 핵융합연구개발 기본계획을 세우고 본격적으로 핵융합 연구를 시작했다. 2007년 독자적 핵융합 연구 장치 ‘케이스타’를 완성해 지금까지 3만번 이상의 플라스마 실험을 수행했다. 그 결과 2018년 섭씨 1억도 플라스마를 처음 달성하고 지난해에는 30초 동안 플라스마 유지에 성공해 세계 최장 기록을 수립했다. 2025년까지 300초 이상 유지하는 것이 목표다. 한국·미국·러시아·유럽·일본·중국·인도 등은 국제핵융합실험로(ITER)를 공동 건설·운영하고 있다. 핵융합 관련 연구 자체가 인류 공통의 과제이기 때문이다.
이 와중에 미국이 앞서갔다. 13일(현지시간) 핵융합 반응을 일으키기 위한 에너지에 비해 적은 양의 에너지가 나왔던 기존 연구와 달리 최초로 투입 에너지보다 많은 에너지를 생산해 ‘순 에너지 생산’에 도달하는 핵융합 발전 점화에 성공했다. 물론 상업화·실용화까지는 거쳐야 할 단계가 많아 수십 년 이상 걸릴 전망이다. 궁극의 목표는 에너지 패권이다. 뒤늦게 출발한 원자력 연구에서 성과를 냈듯 핵융합 발전 역시 정부와 민간이 장기적 비전 속에 국가적 명운을 걸고 덤벼야 할 과제다.
2022-12-15 31면
