지난해 11월, 한국이 만든 인공태양 케이스타(KSTAR)가 ‘1억도 초고온 상태’를 무려 20초나 유지하는 데 성공하는 세계 신기록을 달성했어요! 이는 케이스타가 2019년에 세운 자신의 기록을 또 한 번 경신한 역대급 기록인데요. 인공태양 기술이란 무엇이고 앞으로 인공태양 기술의 미래는 어떻게 펼쳐질지 알아봅시다. 

거대 핵융합 장치 ‘인공태양’
‘인공태양’은 핵융합 반응을 이용한 열에너지로 전기를 생산하 는 장치를 말해요. 태양은 표면 온도만 6,000도, 내부 온도는 약 1,600만도에 이르는 아주 뜨거운 항성이에요. 지구보다 109배나 큰 태양은 전체 질량의 약 73%가 수 소(H)로 이루어져 있죠. 태양의 중심에서는 1초당 무려 6억톤의 수 소가 헬륨으 로 바뀌며 에너지를 방출하는 ‘수소 핵융합반응’이 일어나고 있답니다. 

태양이 뿜어대는 폭발적인 에너지는 지구에 생명의 기운을 불어넣어요. 하지만 궂은 날씨가 지속되거나 밤이 되면 태양 에너지를 얻기 어렵죠 . 그래서 과학자들은 태양을 모방한 핵융합 기술로 에너지를 생산하는 인공태양을 만든 것이랍니다. 

인공태양 케이스타, 1억도 20초 운전 성공! 
지난 11월, 한국의 인공태양 케이스타(KSTAR)는 1억도 초고온 상태를 무려 20초 동안 유지하는 데 성공하는 역대급 기록을 달성했어요. 한국 핵융합에너지연구원 케이스타 연구센터는 “KSTAR 플라스마 실험에서 핵융합 핵심 조건인 1억도 초고온 플라스마를 20초 이상 연속 운전하는 데 성공했다”라고 밝혔습니다. 

케이스타는 2018년 실험에서 최초로 1억도 플라스마 1.5초 유지에 성공했고, 이후 2019년에는 8초를, 현재는 그보다 2.5배 늘린 20초를 기록했죠. 유럽의 경우 7초, 일본은 5초가 최고 기록입니다. 

인공태양의 조건 ‘초고온 플라스마, 토카막’ 

인공적으로 핵융합 반응을 일으키는 것은 매우 어려워요. 우선 1억도의 초고온으로 ‘플라스마(Plasma)’ 상태를 만들어야 해요. 그 다음엔 뜨거운 플라스마 상태의 물질을 담을 수 있는 그릇도 필요합니다. 

인공태양을 작동시킬 때 1억도 이상의 온도가 필요한 이유는 지구와 태양의 환경이 다르기 때문이에요. 중심 기압만 수천억인 태양은 그 자체로 거대한 플라스마 덩어리예요. 반면, 지표면에서 인공적으로 실험하는 우리에게 주어진 기압은 1기압입니다. 이 정도의 조건만으로는 격렬히 충돌해야 할 원자핵들이 꿈쩍도 하지 않죠. 안정적인 플라스마 상태를 만들어 주기 위해 높은 온도를 가해 주는 것입니다. 

이때 초고온의 플라스마는 ‘표면에 닿지 않는 용기’라는 아이디어에서 착안한 ‘토카막(Tokamak)’이라는 장치에 담아요. 토카막은 전 세계적으로 가장 주목 받는 도넛 모양의 핵융합 장치로, 강력한 자기장으로 플라스마를 공중에 띄워서 가둔답니다. 

꿈의 인공태양에너지 “2050년 상용화 목표!”
핵융합 에너지는 일명 ‘꿈의 에너지’라고도 불려요. 바닷물 속에 녹아 있는 중수소와 리튬 등으로 핵융합 연료를 쉽게 얻을 수 있고, 연료들은 고갈될 염려가 없어요. 또한 화력발전소에서 300만톤의 석탄으로 만들 수 있는 에너지를 핵융합발전소에서는 단 100㎏의 중수소와 3톤의 리튬만으로 생산할 수 있어 에너지 생산성도 월등히 높아요. 

게다가 가장 중요한 점은 핵융합 에너지는 생산 과정에서 환경오염 물질을 전혀 배출하지 않는 ‘청정 에너지’에 해당한다는 거예요! 94%의 에너지를 해외 수입에 의존하는 한국의 입장에서 핵융합 에너지 개발은 하루빨리 이뤄 내야 할 숙제라고 할 수 있죠. 

현재 한국은 미국, 프랑스 등 7개 나라와 함께 진행하는 핵융합 연구에서 가장 중추적인 역할을 맡고 있습니다. 한국 핵융합에너지연구원은 “2050년부터는 인공태양을 상용화하고, 핵융합 상용 발전소를 건설해 전기를 대량 생산할 계획”이라고 밝혔어요. 

기술은 조금씩 발전하기 마련입니다. 최초의 비행기는 1분도 날지 못했지만 지금은 매우 빠른 초음속으로 하늘을 가를 수 있게 됐어요. 케이스타의 기술은 이보다 더 빠른 시간 내로 발전해 세계를 비출 수 있길 바라 봅니다. 

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*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=35499    
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