핵융합 과연 실현 가능한가?

[아토키즈]

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2010년은 핵융합에서 아주 중요한 해이다. 그러나 일부 전문가들은 연료의 부족이 값싸고, 안전한 청정 무한 에너지의 꿈을 촉진할 수 있다는 사실을 두려워한다.

화석연료가 고갈되고 탄소배출의 통제가 필수적으로 시도됨에 따라 핵융합 에너지는 전세계 자금을 유입한다. 캘리포니아 국립점화장치(National Ignition Facility)의 레이저에서 최초로 수소핵 한 쌍을 서로 융합시켜 레이저에서 사용되는 에너지보다 더 많은 에너지를 가진 중성자를 방출시킨다. 유럽 레이저 핵융합프로젝트의 책임자인 마이크 듄(Mike Dunne) 교수에 따르면 믿을만한 핵융합이 50년 만에 최초로 수행되었다.

안전 및 보안

국제 그린피스의 장 베라넥(Jan Beranek)은 핵융합로에 사용되는 방사능을 가진 삼중수소(tritium)의 안전 및 보안을 우려한다. 또한 기술이나 원자력 재료가 사악한 무리의 손에 들어갈 수 있는 위험은 항상 존재하며, 일부 원자력 재료로는 수소폭탄을 제조하는데 사용될 수 있다고 그는 말했다.

삼중수소는 비교적 빨리 붕괴하기 때문에 그 핵폐기물은 심각한 문제가 아니라고 옥스퍼드주의 핵융합에너지 컬햄 센터의 마크 보스켄스(Marc Beurskens) 박사는 말했다. 그러나 삼중수소는 핵무기 제조에 사용되며, 명확한 보안이 설정되어야 하기 때문에 핵확산 문제는 있으나 우라늄 보다 통제하기는 훨씬 쉽다고 그는 덧붙였다.

핵융합의 기본적인 문제인 연료 공급이 여전히 남아있다. 핵융합을 위한 연료는 수소의 두 가지 다른 형태로 획득된다고 영국 원자력에너지청(Atomic Energy Authority)의 핵융합 프로그램 책임자인 스티브 카울리(Steve Cowley) 교수는 설명한다. “이중수소(Deuterium)는 바닷물 내에 존재한다. 전세계 바닷물 안에는 600억 년을 사용할 만한 이중수소를 포함하고 있다. 삼중수소는 리튬으로부터 생성되며, 리튬 소금은 바닷물 안에 존재한다.”고 그는 말했다. 불행하게도 이들 수소를 획득하는 것은 말처럼 단순하지 않다. 삼중수소는 전세계에 걸쳐서 오직 20 kg만 존재한다.

핵융합 연쇄 반응

핵융합을 위한 연료는 이론적으로 캐나다의 중수로(Canadian heavy water reactors)로부터 공급된다. 중수로는 현재 실험용 핵융합로에 공급할 충분한 삼중수소를 생산할 수 있지만 상업용 핵융합로에 공급하기에는 부족하다.

오직 한 핵융합로에서 1년 동안 연쇄반응을 지속시키기 위하여 삼중수소 50 kg이 필요하며, 삼중수소 1 kg을 얻는데 약 3천만 달러(345억 원)가 소요된다고 그린피스의 장 베라넥은 주장한다. 또한 삼중수소의 가격을 오를 것으로 예상된다. 그래서 어디에서 적당한 가격의 핵융합 연료를 얻을 수 있는가?

이는 우리가 아직 해결하지 못한 문제의 일부이지만 핵융합로를 가지고 있으므로 그 문제를 해결하기 위하여 어떻게 하는지 알고 있다고 카우리 교수는 인정한다. 카우리 교수와 그의 동료들은 핵융합로가 연료 공급을 자체적으로 유지하는 것으로 예상한다. 이 이론은 타당하지만 이론과 실제 사이에 많은 차이가 있으며, 우리가 해야 하는 것이 바로 핵융합로가 자체적인 연료공급을 실현하는 것이라고 그는 말한다.

이에 대해서 물리학, 수학 및 공학과 관련된 문제들로 산재되어 있는 연료공급 프로세스가 위안이 된다고 하는 것은 어리석은 발상이라고 스위스 연방기술연구소 소속의 CERN(유럽입자물리연구소)에 있는 마이클 디트마(Michael Dittmar) 물리학 박사는 생각하고 있다.

“당신은 삼중수소 20 kg을 획득한 다음 한 종류의 연쇄반응을 운전하기 시작한다. 연쇄반응이 되는 것조차 전세계 어떤 한 곳에서도 해결할 수 없는 많은 기본적인 문제들을 가지고 있다.” 핵융합 실험로에 투입된 엄청난 자금이 기본적인 문제들이 해결될 때까지 중단되어야 한다고 그는 말했다.

미국의 국립점화장치에 약 35억 달러(4조 원)가, ITER 원자로에는 최소한 100억 유로(15조4천억 원)가 지출되었다. “만약 핵융합로가 가동되지 않는다면 우리는 그 프로젝트의 나머지 전체를 잊을 수 있다“라고 그는 말했다. 이와 같은 사실에도 불구하고 영국의 핵융합 프로젝트 과학자들은 기술적으로 핵융합로에 대해서 완벽한 자신감을 유지하고 있다. 듄 교수는 2020년대에 상업용 핵융합로의 건설을 예상하며, 카우리 교수는 가능한 빨리 우리의 손을 주머니에 기꺼이 집어넣으면 핵융합의 미래가 우리와 함께 할 수 있다고 말한다.

에너지를 확보하는 것은 우리의 문명에 에너지를 공급하는 것이다. 우리는 필수적인 잉여 세금을 지불하는 것을 원하지 않았다고 말하면서 2050년에 우리의 아이들에게 그 책임을 돌리는 것에 대해서 상상할 수 없다고 그는 말했다.