2021년 11월 22일, 한국의 인공태양 KSTAR가 1억 도 초고온 플라스마를 30초간 유지하는 데 성공했다는 소식이 전해졌다. 전 세계에 한국 핵융합 기술 수준을 과시한 이번 연구 성과를 통해 핵융합 기술에 대해 알아보자.
핵융합 에너지: 탈탄소 시대를 이끌어갈 무한 청정 에너지
핵융합 에너지는 아인슈타인의 특수상대성 이론에 의해 밝혀진 질량-에너지 등가 법칙 (E=mc2)에서 착안한 에너지 생산 방식이다. 한 개의 양성자와 한 개의 중성자를 지닌 중수소와, 한 개의 양성자와 두 개의 중성자를 지닌 삼중수소가 충돌하면 헬륨 원자가 된다. 이때 헬륨 원자의 질량이 중수소와 삼중수소의 질량보다 약간 작기 때문에 수소 원자의 원자핵이 서로 뭉쳐 더 무거운 헬륨 원자로 바뀔 때 생기는 질량 손실만큼 핵융합 에너지를 얻을 수 있다.
핵융합 에너지를 내는 가장 대표적인 것이 태양이다. 태양 내부에서는 이런 핵융합 반응이 끊임없이 일어나며 빛과 열을 낸다. 그래서 핵융합 기술을 ‘인공태양’이라고 부르기도 한다.
핵융합 에너지는 탈탄소 시대를 이끌어갈 차세대 에너지로 각광 받고 있다. 핵융합의 연료인 중수소는 바닷물에서 얻을 수 있고, 삼중수소는 리튬이라는 금속원소를 핵융합로 안에서 핵 변환하여 얻는다. 바닷물은 사실상 무한하며, 전 세계에 매장된 리튬의 양은 현재 인류가 사용하는 에너지양을 기준으로 무려 1500만 년 동안 인류 문명을 지탱할 수 있을 만큼 풍부하다.
핵융합 연구에 성공한다면 사실상 무한한 에너지원을 획득하는 셈이다. 게다가 화력 발전이나 원자력 발전이 온실가스나 미세먼지, 방사성 물질과 같은 폐기물을 배출하는 반면, 핵융합 발전은 환경을 해치는 어떠한 물질도 배출하지 않는 청정에너지이기도 하다. 값싸게, 그리고 깨끗하게 엄청난 양의 에너지를 얻을 수 있기 때문에 핵융합 에너지는 미래 인류의 운명을 쥐고 있다고 말해도 과언이 아니다.
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