핵융합 기술의 난제
하지만 핵융합 에너지를 얻기 위해서는 해결해야 할 수많은 난제가 남아 있다. 먼저 핵융합을 일으키기 위해서는 수소 원자핵을 합쳐야 하는데, 이를 위해 두 원자핵이 서로 밀어내는 힘인 전기력을 극복하고, 잡아당기는 힘인 핵력이 작용할 만큼 가깝게 접근해야 한다.
이는 원자핵이 일정 시간 동안 충분히 높은 운동에너지를 가진 상태를 유지해야만 가능하다. 지구에서 이런 상태를 만들기 위해서는 태양보다 뜨거운 1억도 이상의 높은 온도의 플라스마 상태가 필요하다. 플라스마는 원자핵과 전자가 분리된 기체 상태로, 초고온의 플라스마 상태여야 원자핵이 반발력을 이기고 융합하는 핵융합 반응이 일어난다.
그런데 1억도 이상의 플라스마를 담고, 핵융합 반응이 유지되도록 가둬둘 장치가 필요하다. 이를 위해 여러 방법이 고안되었는데, 그중 ‘토카막 방식’이 주류로 자리 잡았다. 1951년 구소련에서 처음 제안한 토카막은 ‘전자석 코일을 이용한 도넛형 용기’라는 뜻의 러시아어 앞글자를 따서 만든 말이다.
먼저 토카막 내부에 강한 전류를 흘려 플라스마를 만든다. 플라스마는 전기적 성질을 띤 이온이기 때문에 거대한 코일의 자기장을 따라 도넛 안을 끊임없이 돌며 핵융합 반응을 일으킨다.
핵융합을 일으키는 핵융합로의 출력은 자기장으로 가둔 높은 압력의 플라스마 상태를 얼마나 오래 유지하는지에 달려 있다. 플라스마 압력은 플라스마 밀도와 온도 그리고 가둠 시간에 비례하는데, ‘로손 기준’이라 불리는 조건을 만족하면 외부에서 열을 가하지 않아도 스스로 핵융합을 유지하는 ‘점화 상태’에 돌입한다.
따라서 핵융합 연구의 성패는 로손 기준을 만족할 수 있는지에 달려 있다고 말해도 과언이 아니다. 가능한 한 더 높은 밀도, 높은 온도, 오랜 시간 동안 안정적으로 플라스마 상태를 유지해야 로손 기준을 충족할 수 있다.
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