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202012.04

전 세계의 핵융합연구장치, 모두 몇 개나 있을까?

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/kstar/1207

‘그린뉴딜’이라는 단어가 전 세계 곳곳에서 자주 등장하는 것을 보아 지구 온난화를 막기 위한 국제사회의 적극적인 움직임이 시작된 듯합니다. 지난달 화상으로 진행된 이번 G20 정상회의에 모인 각국의 정상들 역시 코로나 바이러스 대책 문제와 함께 ‘환경보호’를 중점적으로 다뤘죠. 이뿐만 아니라 우리나라를 포함한 미국, 일본 등 ‘2050년까지 탄소중립’을 선언한 바 있으며, 전 세계가 뜻을 모아 친환경 시대로 가기 위한 발걸음을 재촉하고 있는데요. 이처럼 화석연료 시대가 저물고 신재생에너지 시대와 마주하고 있는 이 시점에서 지속가능한 친환경 에너지에 관심이 모아지면서 전 세계가 ‘궁극의 에너지원’ 찾기에 힘을 쏟고 있는 상황입니다.

 

‘인공태양’으로 불리는 핵융합 발전에 기대가 모아지는 이유도 바로 여기에 있습니다. 태양이 에너지를 얻는 방법인 ‘핵융합 반응’을 지구 위에서 실현할 수 있다면, 깨끗하고 무한하게 에너지를 얻을 수 있기 때문입니다. ‘수소’의 동위원소를 이용해 깨끗하고 무한한 원료, 오염 물질이 배출되지 않는다는 점, 사고가 발생해도 인간이 제어할 수 있다는 점 등 꿈의 에너지라 불릴 만큼 장점이 많은 에너지가 바로 ‘핵융합에너지’인데요. 상용화만 된다면 에너지 부족 문제부터 지구 온난화 문제까지 산적해 있는 난제들을 단번에 해결할 수 있을 거라고 예상됩니다. 그래서 태양을 지구 위로 옮겨오기 위한 노력들이 지구 곳곳에서 계속되고 있습니다. 꿈의 에너지를 지구에서 24시간 생산할 수 있는 방법을 찾기 위해 때론 힘을 합치기도, 때론 경쟁하기도 하며 고군분투하고 있습니다.

 

그렇다면 과연, 전 세계 어디에서 핵융합 연구들이 진행되고 있으며, 어떤 장치들이 있을까요?

 

1. 전 세계의 핵융합연구장치, 모두 몇 개나 될까?


 

지구 위의 인공태양(핵융합연구장치)은 현재까지 115개입니다. 생각보다 많은 인공태양이 세계 곳곳에서 뜨겁게 타오르고 있죠. 그중 90개의 인공태양이 운영 중에 있고, 15개는 운영 예정, 8개는 건설 중에 있는데요. 2개의 인공태양은 폐쇄된 상태라고 하네요. 건설되고 있는 인공태양 중에는 현재 우리나라를 포함한 전 세계 7개국이 모여 만들고 있는 국제핵융합실험로 ITER도 포함되어 있습니다. 세상에서 가장 거대한 인공태양인 이 ITER는 2025년 첫 번째 플라즈마가 밝혀질 예정입니다.

운영 중인 핵융합연구장치가 가장 많은 나라는 일본인데요. 크고 작은 장치들을 다 합하면 무려 21개의 장치가 존재한다고 합니다. 현재 우리나라에는 한국의 인공태양이라 불리며 매년 세계 기록을 바꾸고 있는 한국핵융합에너지연구원의 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)와  함께 서울대학교 핵융합로연구센터의 VEST(Versatile Experiment Spherical Tours)까지 총 2개의 장치를 운영하고 있습니다.

 

 

2. 어떤 나라가 핵융합연구장치를 가장 많이 가지고 있을까?

 

 

미국은 전 세계에서 가장 많은 핵융합연구장치를 보유한 국가입니다. 자그마치 29개를 보유 중인데요. 더 대단한 사실은 10개의 핵융합연구장치가 계획 중에 있다는 점입니다. 핵융합 연구의 발전 가능성을 인정하고 있다는 뜻이겠죠. 토카막뿐만 아니라 스텔러레이터, 레이저핵융합 등 다양한 연구 장치를 보유하며 다양한 핵융합 연구방법을 시도해보고자 하는 미국의 노력을 엿볼 수 있습니다.

 

미국 다음으로는 일본 23개, 중국 9개, 러시아 8개, 프랑스 5개, 영국 4개로 그 뒤를 잇고 있습니다. 영국의 경우, 최근 기존의 핵융합연구장치 MAST를 MAST-U(Mega Amp Spherical Tokamak-Upgrade) 장치로 업그레이드하고 7년 만에 첫 번째 플라즈마를 성공시켰는데요. MAST-U는 현재 프랑스 남부에 건설되고 있는 ITER 연구를 지원할 예정으로 기대를 모으고 있습니다.

 

 

3. 과연 누가 이 거대한 장치를 운영할까?

 

 

핵융합 연구를 거대과학으로 분류하는 이유는 바로 엄청난 규모의 비용과 인력, 그리고 노력이 들어가기 때문입니다. 그렇기 때문에 운영의 주체는 주로 국가 공공기관인 경우가 많은데요. 전체 115개의 핵융합연구장치 중 94개를 국가 공공기관에서 운영 중이며, 나머지 21개 장치는 민간기관이 관리하고 있음을 확인할 수 있습니다. 우리나라 역시 국립대학인 서울대와 정부출연연구기관인 한국핵융합에너지연구원에서 운영하고 있습니다.

 

그런데 미국은 좀 특이합니다. 공공기관보다 민간기관에서 운영하는 핵융합연구장치의 수가 많은데요. 29개 중 15개 핵융합연구장치가 민간 소유입니다. 이는 차세대 에너지원으로 각광받는 핵융합 발전 기술 개발을 위해 내로라하는 실리콘밸리의 억만장자들이 막대한 비용을 투자하고 있는 것과 무관하지 않습니다. 공공의 영역, 민간의 영역에서 일어나는 적극적인 움직임이 핵융합의 미래를 밝게 하는 것 같네요.

 

 

4. 어떤 종류의 장치가 가장 인기 있을까?

 

 

이번엔 핵융합연구장치의 종류를 살펴볼까요? 가장 대중화된 모델은 바로 도넛 모양의 토카막 장치입니다. 115개 장치 중 절반 이상을 차지하고 있을 정도로 기능면에서 탁월함을 자랑하는데요. 자기장을 활용해 1억도 이상의 플라즈마 장치 안에 묶어두는 대표적 핵융합연구장치로, 우리나라에서 운영 중인 2개 장치 모두 토카막 형태를 띠고 있습니다.

 

토카막 다음으로 많은 수를 차지하고 있는 장치는 바로 스텔러레이터인데요. 플라즈마를 감싸고 있는 자기장 코일을 꽈배기처럼 꼬아서 나선형 자기장을 만드는 장치로, 전 세계에 13개(11.3%)가 배치되어 있습니다. 뒤이어 핵융합의 연료가 되는 중수소에 강력한 레이저광을 쬠으로써 핵융합을 일으키는 레이저 핵융합이 7개(6%), 그 밖에 다양한 기타 연구장치가 연구자들의 파트너로 강력한 존재감을 발휘하고 있습니다.


☞각 장치의 종류에 대해 자세히 알아보고 싶다면?

https://blog.naver.com/nfripr/221651007952

 


세계 속 핵융합연구장치,
그 수만큼 핵융합 발전의 가능성도 커지고 있습니다.

 

현재 총 26개의 국가가 핵융합연구장치를 구축하고 핵융합 연구에 박차를 가하고 있는데요. 세계 속에 퍼져 있는 핵융합연구장치의 수만큼, 핵융합 에너지 상용화의 시대에 점차 가까워지고 있는 것 같습니다. 우리나라 역시 누구보다도 적극적인 움직임을 통해 핵융합 에너지 개발의 중요성을 알리고 있습니다. 최근 정부는 한국핵융합에너지연구원을 핵융합 전문 독립연구기관으로 새롭게 출범시키고, 청정하고 안전한 미래 에너지원 확보를 위한 활발한 지원을 약속했는데요. 앞으로 청정하고 안전한 미래 에너지원 확보의 대안이 될 핵융합에너지의 연구개발에 더욱 많은 관심이 쏠릴 것으로 기대됩니다.

 

여태껏 아무도 가지 않은, 새로운 길을 가고 있기에 헤쳐가야 할 문제들이 많기도 하죠. 하지만 지금까지 살펴본 것처럼 전 세계가 때론 머리와 힘을 모으기도 하며, 인류를 구할 대체에너지를 확보하기 위해 애쓰고 있습니다. 각국의 방법과 규모 등은 서로 다를지라도 그 목표와 방향은 결국 ‘’핵융합에너지 상용화‘, 이 하나로 귀결될 테죠. 이들의 노력이 빛나는 순간이 올 그날을 기대하며 함께 기다려보는 건 어떨까요? 안전하고 깨끗한 에너지, 핵융합에너지가 우리 곁에 있는 그 날을 말이죠!

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