인공태양과 중국 그리고 한국

 

 5월 22일자 한국의 언론에 일제히 중국의 인공태양에 관한 기사가 실렸다. 우선 그 내용들을 살펴보면 다음과 같다.

 

중국과학원 플라스마 물리연구소의 인공태양 실험장치 EAST.

 

“인공태양의 꿈은 반드시 실현될 수 있습니다. 시간 문제일 뿐입니다.” 중국과학원 플라스마물리연구소 우쑹타오(武松濤·45) 부소장은 17일 안후이(安徽) 성 허페이(合肥) 시에 자리 잡은 연구소를 찾은 50여 명의 베이징(北京) 주재 외신기자들에게 이렇게 말했다고 한다.1978년 창설 이후 처음 공개하는 것이다.
 

중국은 21세기 초강대국 진입을 위해 차세대 에너지원 확보가 필수적이라는 판단 아래 40여년 전부터 비밀리에 ‘인공태양’을 연구해 왔다. 중국과학원 플라스마물리연구소는 지난해 9월 26일에 이어 올해 1월 23일 인공태양 방전 실험을 통해 플라스마 확보에 성공했다고 전격적으로 발표했다.

 

인공태양 실험장치가 위치한 곳은 허페이 시 서북쪽 외곽의 ‘과학섬(科學島)’. 실제로는 둥푸(董鋪) 호수로 길게 뻗어 나온 반도지만 외부와 완전히 격리된 데다 무장 공안이 24시간 출입자를 일일이 체크하는 등 고립된 섬이나 마찬가지다. 중국 정부가 이 연구소를 얼마나 중시하고 보안에 신경을 쓰는지 한눈에 알 수 있다.

 

앞으로 개발해야 할 기술이 너무 많다는 설명이다. 정상적인 핵융합 발전을 하려면 수개월 이상 섭씨 수억도의 온도를 유지해야 하지만, 중국은 현재 1000초 동안 섭씨 5500만도의 플라즈마를 유지하는 데 불과하다.

그럼에도 중국이 인공태양 개발에 전력을 기울이는 까닭의 하나는 비용이다. 우 부소장은 중국 인공태양의 장점으로 경제적인 비용을 꼽았다. 연구소가 EAST를 만드는 데 들인 돈은 3억2000만위안(약 384억원) 정도다.

인공태양을 가동해 발전을 시작하면 화석 연료 없이 청정 에너지를 무한정 쓸 수 있어서다. 바닷물에 있는 중수소 1ℓ를 쓰면 석유 300ℓ의 에너지를 사용할 수 있다. 더욱이 대기 오염이 전혀 없다.

 

미국과 일본 유럽은 4억∼5억 도가량의 순간온도를 얻는 데 이미 성공한 상태다. 아직은 여전히 후발주자인 셈이다. 올해 8월 완공되는 한국의 ‘차세대 초전도 핵융합장치(KSTAR)’는 중국의 EAST보다 훨씬 우수하다. 최첨단 시설인 KSTAR가 완공되면 한국 역시 3억∼5억 도의 순간온도를 얻는 것은 시간문제다.

 

우 부소장은 이런 격차를 의식했는지 “미국과 일본 유럽은 30년 안에 인공태양을 상용화할 것으로 보이지만 중국은 50년 가까이 소요될 것”이라고 예상했다.

세계 제2의 석유 소비대국인 중국으로서는 군침이 도는 일이 아닐 수 없다. 중국은 1994년 러시아의 토카막을 개량해 세계적인 수준의 HT－7 핵융합 장치를 만드는 데 성공해 EAST 개발의 초석을 마련한 바 있다.

같은 맥락에서 중국은 EAST와는 별도로 한국, 미국, 일본, 유럽연합(EU), 인도가 공동으로 추진하고 있는 인공태양 상용화를 위한 ITER(국제핵융합실험로) 공동개발에도 참여, 예산 10%를 분담하고 있다. 

 

우 부소장은 한국 인공태양 연구에 대해 기술 수준은 높지만 기초가 튼튼하지 못하다고 지적했다. 그는 한국은 인공태양 연구에 3억달러의 거액을 쓰는 것으로 알고 있다면서 이같이 말했다.

 

관점 : 중국은 왜 이 시점에서 인공태양을 공개했을까? 중국의 인공태양에 대한 기술력을 세계에 알림으로써 중국민들에게 자신감 확보, 현재 석유등 에너지의 블랙홀이라는 중국 입장에서 이를 해결하기 위해 노력하고 있다는 모습을 보여줌, 중국이 추구하는 신기술 투자가 지구를 위협하는 쪽이 아니라 에너지를 해소하는 평화적인 것이라는 점을 보임.

           

이와 연관되어 우리나라의 한국형 케이스타에 대해 알아보자.

 

'한국형 인공태양'을 위한 우리나라 최초의 핵융합 장치, K-STAR.

꿈의 에너지로 불리는 핵융합 발전소를 세우기 위해, 우리 독자기술로 만든 실험용 핵융합 장치입니다.

지름 9m, 높이 6m의 국내 최대 연구장치인 K-STAR는 세계 최초로 국제규격의 초전도 자석을 탑재한 핵융합노와 영하 260도의 내부를 보호하기 위한 저온 용기 등으로 이뤄집니다.

핵분열 에너지를 이용하는 원자력 발전과 정반대의 과정을 거치는 게 바로 이 핵융합 에너지의 원리입니다.

오는 2040년대부터 본격적인 발전이 이뤄지면 전체 전력 생산량의 30% 이상을 담당하게 됩니다.

[이경수/핵융합센터 선임부장 : K-STAR 프로젝트는 현재까지 97%의 공정률을 달성하였고, 올해 8월말까지 장치를 완성시키고 2008년 6월 첫 방전을 실시할 계획으로 있습니다.]

지난 95년부터 3천 90억원이 투입되는 K-STAR 사업이 성공할 경우, 현재 선진국들의 65% 수준인 우리나라의 핵융합 기술은 7년안에 87% 수준까지 접근합니다.

 

우리나라 역시 이터에 참가하고 있다. 동시에 케이스타를 개발하고 있지만 속도면에서 조금은 늦은 감이 있다. 그나마 기술력에서 앞서있다니 다행이다. 역시 비용이 문제인것 같다.  

 

인공태양 [人工太陽, artificial sun] 에 대해

처음으로 인공태양이 설치된 것은 1993년의 일이다. 당시 러시아에서는 태양빛을 반사하는 우산 모양의 대형 반사경을 우주 공간에 설치해 지구의 일부 지역에서 밤을 밝혀 주는 실험을 하였다. 즉 '노비스베트(새로운 빛)'라는 인공태양 계획을 세우고 우주정거장 미르에서 분리된 무인 화물운반우주선인 '프로그레스 15'에 붙어 있는 폭 20m의 태양거울을 이용해 폭 4㎞ 정도의 지역에 빛을 반사해 달빛 정도의 조명 효과를 얻는 데 성공하였다.

그러나 이후 세계 각국의 인공태양 연구는 이러한 반사경을 이용한 인공태양보다는 핵융합을 통해 태양에서 일어나는 수소의 핵융합 현상을 지구상에서 실현하기 위한 방향으로 바뀌었다. 이는 핵융합이 값싼 무한정의 연료를 어디서나 쉽게 얻을 수 있고, 화력발전에서 생기는 탄산가스가 전혀 발생하지 않으며, 핵분열 발전에서 나오는 방사능과 핵폐기물이 나오지 않아 환경오염을 일으키지 않는다는 장점 때문이다.

2002년 현재 일반적으로 채용되고 있는 방식은 1968년 소련에서 개발된 토카막(Tokamak)형으로, 일본·유럽·러시아의 국제열핵융합실험로(ITER)에서 채택하고 있다. 자동차 튜브처럼 생긴 용기 속에 플라스마를 넣고, 이 튜브의 외벽을 감은 코일에 아주 강한 전류를 흐르게 하면 튜브의 벽에서 플라스마가 떨어져 중심부로 모이게 됨으로써 수억℃의 초고온을 만들어 내는 방식이다. 그러나 플라스마의 온도를 올려도 계속 냉각되기 때문에 일정 시간 동안에 일정한 온도를 유지하기 어렵다는 단점이 있다.

다음은 헬리컬(Helical:나선)형을 들 수 있다. 1㎤당 수백조 개의 수소를 수억℃의 초고온으로 높여 감금장치에 1초 이상 가두어놓는 방식으로, 토카막 방식과 달리 도넛 모양의 진공용기 바깥쪽에 2개의 초전도 코일을 나선 모양으로 만들어 내는 방식이다. 토카막과 같이 대전류를 흘릴 필요가 없어 안정성이 뛰어나고, 연속운전이 가능하다는 장점을 가지고 있는데, 1998년부터 일본에서 실험에 들어갔다.

마지막으로 레이저 핵융합 방식이 있다. 이는 중수소 등의 연료를 넣은 작은 캡슐에 레이저 광선을 비추어 가열·폭발시킴으로써 핵융합 점화의 계기를 마련하는 방식이다. 즉 연료 압축용 레이저와 연료 가열용 레이저 2대의 레이저 광선 발생장치로 연료의 가열과 압축을 각각 분담함으로써 에너지가 연료의 중심에 효율적으로 도달하게 하는 것이다. 기존의 방식보다 건설비용이 적게 들고, 적은 에너지로 핵융합을 일으킬 수 있다는 장점이 있다. 2001년 일본 오사카대학[大阪大學]의 레이저 핵융합연구센터와 영국 연구소가 공동으로 레이저를 통해 핵융합을 일으키는 데 성공하였다.

한국에서도 일찍부터 인공태양 연구에 뛰어들어 2001년부터 대덕연구단지에 '차세대 초전도 핵융합 연구장치(K-STAR)'를 설치하는 작업에 착수하였다. 여기서 2003년 초전도 자석으로 된 토카막형 핵융합장치를 완성하고, 2004년에는 태양과 같이 핵융합을 통해 플라스마를 생산하게 된다. 그러나 핵융합을 이용한 인공태양 연구가 과연 언제쯤이나 완성될지는 알 수 없다. 산만디