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[사이언스 취재파일] 한국형 인공태양 세계 기록 또 경신…KSTAR의 목표는?

■ 최소라 / 과학뉴스팀 기자

[앵커]
다양한 분야의 이슈를 과학 기자의 시각으로 들여다보는 '사이언스 취재파일' 시간입니다. 오늘은 최소라 기자와 함께합니다. 어서 오세요. 어떤 소식 준비하셨나요?

[기자]
한국형 인공태양 KSTAR가 1억℃에서 30초 동안 운전하는 데 성공했습니다. 세계 최장 기록을 세운 건데요, 지난해 20초 운전으로 세웠던 세계기록을 셀프 경신한 겁니다. 이게 어떤 의미인지, 그리고 KSTAR의 목표는 뭔지 알아보겠습니다.

[앵커]
국제적으로 에너지의 무기화가 진행되고 있는 상황에서 달성한 쾌거인데요. KSTAR는 한국형 인공태양으로 알려졌는데, 정확히 어떤 건지 짚고 넘어가 볼까요?

[기자]
KSTAR는 핵융합 연구를 위해서 한국이 독자 개발한 핵융합연구로입니다. 대전 한국 핵융합에너지연구원에 있습니다. 핵융합이라고 하면, 태양에서, 그러니까 고온과 고압 환경에서 일어나는 반응으로 알려졌는데요, 원자핵 하나짜리 수소들이 합쳐져 원자핵 두 개짜리 헬륨으로 바뀌면서 강력한 에너지가 나오는 반응입니다. 이 원리를 그대로 지구 상에 옮겨와서 핵융합에너지 생성을 연구하는 장치가 KSTAR입니다.

[앵커]
그럼 KSTAR가 1억℃를 30초 동안 유지했다는 건 어떤 의미가 있나요?

[기자]
이번에 KSTAR가 1억℃를 30초 동안 유지했다는 건, KSTAR 안의 플라스마 이온이라는 물질이 1억도 이상으로 가열돼 30초간 유지됐다는 겁니다. 플라스마는 이온과 전자가 분리된 상태인데 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질이라고도 합니다. 플라스마는 초고온에서 원자핵이 자유롭게 움직이기 때문에 핵융합에 유리한 물질입니다.

1억℃는 태양 중심온도의 7배 수준의 고온입니다. 인공태양은 태양보다 작으므로 핵융합이 일어나려면 태양보다도 더 높은 온도와 압력 상태가 돼야 합니다. 연구진은 KSTAR 속 플라스마 이온이 1억℃ 이상으로 장시간 유지돼야 핵융합 반응이 잘 일어난다고 보고 있습니다.

구체적으로는 1억℃를 300초 이상 유지한다면, 기술적 한계는 모두 극복한 수준으로 봅니다. 400초, 500초는 물론이고 24시간 가동할 수 있다고 보는 겁니다. 핵융합을 안정적으로 할 수 있는 기술을 확보했다는 의미입니다.

[앵커]
300초, 그러니까 딱 5분이 새로운 에너지로 가는 마지막 관문이라는 말인데요. 300초 달성은 언제쯤 가능할까요?

[기자]
오는 2026년에는 1억℃ 300초 유지를 목표로 하고 있습니다. KSTAR는 지난 2019년에 플라스마 이온 온도를 1억℃로 올리는 데 성공했고, 지난해엔 20초 동안 유지, 올해에는 30초 동안 유지한 겁니다. 유지 기간을 늘리는 속도가 과가 속도에 같지는 않겠지만 다른 나라들보다 핵융합 연구에 늦게 뛰어든 것에 비춰서는 빠른 속도로 진전하고 있다고 볼 수 있습니다.

[앵커]
자, 그래서 말씀대로 핵융합을 통한 에너지 발전이 가능하다고 할 경우, 탈원전 논쟁이 있는 기존 원자력 발전과는 어떻게 다른 건가요?

[기자]
원전에 쓰이는 기술은 핵분열인데요, 작은 원소들이 융합하는 반응인 핵융합과는 반대라고 보시면 됩니다. 핵분열은 큰 원소가 작은 원소로 깨질 때 나오는 에너지를 쓰는 건데요, 부산물로 방사성 폐기물이 생깁니다. 이걸 매장하기 위해 비용이 들고 위험성도 있죠.

하지만 핵융합은 말씀드린 대로 수소 같은 작은 원소 두 개를 융합해서 에너지를 만드는 거고, 방사성 폐기물이 발생하지 않는다는 장점이 있습니다. 핵분열 원리를 이용하는 원자력 발전과 다르게 방사성 폐기물 발생 우려도 없다는 점 때문에 앞으로도 더 주목받을 것으로 보입니다.

[앵커]
더구나 발전 과정에서 탄소도 안 나온다고 하니까 그야말로 꿈의 에너지라는 생각이 드는데요. 다른 나라는 어느 정도 수준인지도 궁금한데요?

[기자]
미국과 유럽, 일본의 경우는 플라스마 이온온도를 1억 도로 5∼6초 정도 유지하는 수준입니다. 중국은 플라스마를 1억도 가열해서 100초 동안 유지했다고 발표하기도 했는데요, 이 경우는 원리가 조금 다릅니다. KSTAR나 미국과 유럽의 경우는 플라스마 '이온' 온도를 올리는 데 주력하는 반면 중국은 '전자' 온도를 1억 도로 유지한 겁니다. 전자 온도를 올려도 핵융합이 일어날 수 있지만, 핵융합 효율은 이온 온도를 높일 때보다 떨어진다고 하는데요, 핵융합이라는 게 결국 이온과 이온 사이에서 일어나는 것이기 때문에, 이온 온도를 장시간 높게 유지하는 것이 관건입니다.

[앵커]
우리나라가 세계 최고 수준으로 과학 선진국들과 경쟁하고 있다고 봐도 될 것 같은데요. KSTAR에서 좋은 성과가 나온다면 핵융합 발전이 상용화될 수 있는 건가요?

[기자]
미래에는 가능성이 큰 얘깁니다. 일단 KSTAR는 에너지를 만드는 장치는 아니고, 핵융합으로 에너지를 대량 만드는 게 가능한지 연구하는 장치입니다. KSTAR가 1억℃ 300초 운전에 성공해 가동을 위한 시나리오를 만든다면,
ITER, 국제 핵융합 실험로가 시나리오를 채택해 검증할 가능성이 큰데요.

ITER는 핵융합으로 대용량 전기를 뽑아낼 수 있는지 검증 장치로 7개국이 참여해 개발하고 있는 인류 대형 프로젝트입니다. ITER는 개발을 완료하고 여러 핵융합 발전 시나리오를 검증해 2035년쯤엔 핵융합 발전을 95% 검증 완료할 것으로 예상합니다. 과학자들은 2050년이 되면 정말 전기를 뽑아서 쓸 수 있는 핵융합 발전소를 쓸 수 있다고 기대하고 있습니다.

인류 공동 프로젝트지만 KSTAR의 좋은 성과가 ITER에서 검증된다면 우리나라에 큰 도움이 되는데요, 핵융합 원천 기술을 가지고 있다는 점에서 그렇습니다. 함께 들어보시겠습니다.

[윤시우 / KSTAR연구본부장 : ITER는 전 세계 공동 장치이긴 하지만 운전의 노하우는 다 자국이 가지는 겁니다. 장치는 공동으로 쓰지만 모든 걸 공유하는 게 아니거든요. 돈만 내고 확보하는 기술은 제한적이고 우리는 ITER에 실험도 제안하게 되고 능동적으로 ITER를 이용하게 되는 거죠. ITER가 성공해서 전 세계에 이바지하는 것도 있지만, 우리가 원천 기술을 확보하고 ITER를 통해 원천기술을 추가로 확보할 수 있으므로 우리나라에도 유리한 상황인 거죠.]

[기자]
예상하는 대로 2050년쯤 대용량 발전이 가능하다면 우리도 추가로 핵융합발전소를 만들어서 청정에너지를 뽑아 쓰는 것이 가능하다는 겁니다.


[질문7]
그야말로 지구 위의 작은 태양을 만드는데 우리가 핵심적인 역할을 하고 있다는 건데요. 핵융합 관련 성과가 요즘 들어 더욱 주목받고 있다고 하죠?

[기자]
네, 그렇습니다. 전 세계 주요 화두가 기후변화를 막기 위해 온실가스 배출량을 줄이는 건데요, 기후 변화 해법으로 핵융합이 제시되고 있습니다. 먼저 전문가에게 직접 들어보시겠습니다.

[라파엘 그로시 IAEA 사무총장(지난 2일) : 핵융합을 위해서는 장치를 안정화하고, 핵융합 과정을 유지할 수 있는 게 중요합니다. ITER는 진전하고 있습니다. 4~5년 안에 상용화를 위한 시범 장치를 선보일 수 있을 겁니다. 시간이 좀 더 필요하지만, 길게 걸리진 않습니다. 핵융합이 가능해지면 완벽한 에너지원이 될 수 있으므로 COP26은 필요하지 않을 수도 있습니다.]

[기자]
과학자들은 핵융합이 대규모의 전력생산이 가능하면서도, 친환경적 에너지라고 설명합니다. 핵융합은 수소를 융합해서 에너지를 얻는 거라고 말씀드렸는데, 원료인 수소는 바닷물에서 얻을 수 있습니다. 사실상 원료는 무한정한 겁니다. 태양광과 풍력, 조력 에너지의 경우 초기 설계비용이 비싸고, 일조량이나 바람량 등 자연 변화에 따라 꾸준히 풍부한 에너지를 생산하기에는 부적합하기도 한데, 안정성을 확보한다면 에너지를 꾸준히 얻을 수 있기도 하고요, 이렇게 얻은 에너지로 전기를 만든다면 온실가스 배출도 없습니다.

[앵커]
케이스타가 우리나라가 진정한 에너지 강국으로 도약할 수 있는 발판이 되어주길 기대 하겠습니다. 지금까지 최소라 기자와 함께했습니다. 오늘 말씀 고맙습니다.


YTN 사이언스 최소라 (csr73@ytn.co.kr)
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