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IT·과학

[위클리 스마트] 한국 인공태양, 플라스마 세계 최장기록…상용화 준비 '착착'

입력 2020.11.28 10:00  
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한국 인공태양 '케이스타'(KSTAR)가 1억℃의 고온 플라스마를 세계에서 가장 오랜 시간 운전하는 데 성공하면서 에너지를 무한대로 생산하는 인공태양이 탄생할 수 있을지 관심이 쏠린다.

28일 한국핵융합에너지연구원에 따르면 케이스타는 세계 최초로 섭씨 1억 도의 초고온 플라스마를 20초 동안 운전하는 데 성공했다.

태양 중심 온도인 섭씨 1천500만 도의 7배에 달하는 1억도 수준에서 플라스마를 10초 이상 운전한 것은 전 세계 핵융합 실험장치 가운데 케이스타가 처음이다.

플라스마는 고체·액체·기체를 넘어선 제4의 상태를 가리킨다.

플라스마 상태에서는 원자가 이온과 전자로 분리돼 채로 존재한다.


이때 고온고압에서 수소 원자핵 두 개가 핵융합 반응을 일으키면서 헬륨 원자핵을 생성하고, 이 과정에서 아인슈타인의 질량-에너지 등가원리(E=mc²)에 해당하는 막대한 양의 에너지가 방출된다.

태양에서처럼 핵융합 반응이 지속해서 일어나도록 고온의 플라스마 상태를 오랜 시간 유지하는 것이 인공태양을 구현하는 데 필요한 핵심 기술이다.

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한국의 인공태양 '케이스타'

인공태양은 태양과 같은 큰 에너지원으로, 지구상에 건설해 전기 생산 발전에 활용하는 것을 목표로 한다.

인공태양은 원자력발전소나 석탄발전소보다 안전하고 친환경적인 에너지원으로 꼽힌다. 핵융합 장치의 크기는 작지만 에너지 밀도가 원자력보다 10배가량 높아 효율성이 좋다.

인공태양의 방사성 폐기물 발생량은 원전의 0.04% 수준이고, 방사선이 반으로 주는 반감기도 10년으로 2만 년인 원전보다 현저히 낮다.

인공태양의 단점은 고난도의 기술력이다. 플라스마를 일으키기 위해 온도를 섭씨 1억5천만 도까지 높여야 하고, 초고온 플라스마를 담을 수 있는 통로도 필요하다.

남은 과제는 1억도 이상의 온도를 유지하면서 높은 압력에서도 안정적으로 움직일 수 있는 플라스마 상태를 확보하는 것이다.


또 이러한 상황에서 운전 시간도 늘려야 한다.

핵융합연은 플라스마를 섭씨 1억도 이상에서 300초 이상 연속 운전하는 데 성공하면 인공태양을 상용화할 수 있으리라고 내다본다.

이를 위해 핵융합연은 내년 30초, 2023년 50초, 2024년 100초 연속 운전 기록을 목표로 하고 있다.

2050년부터는 인공태양을 상용화하고 핵융합 상용 발전소를 건설해 전기를 대량 생산하려 한다.

윤시우 핵융합연 케이스타 연구센터장은 "'국제핵융합실험로(ITER)'가 2035년 핵융합 에너지 효율성 실증에 성공해 대규모의 핵융합 반응이 이뤄진다면, 지금으로부터 30년 뒤 상용로 건설이 가능할 수 있다고 본다"고 말했다.

그는 "핵융합 에너지는 여타 에너지원보다 관리가 쉽고 안정적이며 효율이 높다"며 "성공하면 장점이 훨씬 더 많기에 우리나라나 전 세계 선진국들이 연구에 매진하고 있는 분야"라고 덧붙였다.

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한국의 인공태양 '케이스타'

[연합뉴스]

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