로런스 리버모어 연구소, 실험 성공 공식 발표
자외선빔 방식 적용해 투입比 19% 높은 에너지
미국 캘리포니아주에 위치한 로렌스 리버모어 국립 연구소의 광학장치. AP 연합뉴스
'인공태양'으로 불리는 핵융합 발전에서 미국이 무한 청정에너지 생산을 위한 획기적인 성과를 얻어냈다. 투입된 에너지보다 생산된 에너지가 더 많은 순 에너지(net energy gain) 생산에 성공한 것이다.
13일 파이낸셜타임스(FT)와 CNN 등 주요 외신에 따르면 미국 에너지부 산하 로런스 리버모어 국립연구소는 최근 실시한 핵융합 실험에서 투입한 에너지보다 19% 많은 에너지를 만들어내는 데 성공했다.
핵융합(nuclear fusion)은 가벼운 수소 원자들이 더 무거운 원자로 합쳐지는 연쇄 반응을 통해 에너지를 얻는 발전 방식이다. 태양 중심부에서 에너지가 방출되는 원리와 유사해 '인공 태양'으로 불린다. 원자력 발전과 원자폭탄의 원리에 활용되는 핵분열(nuclear fission)보다 훨씬 더 효율적으로 에너지를 생산할 수 있는 것이 핵융합이다.
인류가 핵융합을 통해 순 에너지를 인공적으로 생산한 건 이번이 처음이다. 한국형 핵융합 연구시설인 한국형초전도핵융합장치(KSTAR)나, 세계 각국이 힘을 합친 프랑스 국제핵융합실험로 등도 아직 순 에너지를 얻진 못했다. 핵융합 반응을 위한 환경 구현이 걸림돌이었다. 수소 핵융합을 위해선 1억 도 이상의 온도가 유지되야 했다.
로런스 리버모어 연구소는 자기장으로 초고온 환경을 만드는 기존 방식 대신, 192개의 강력한 자외선 레이저빔을 작은 연료 캡슐에 집중시키는 관성 봉입 핵융합(inertial confinement fusion) 방식을 사용했다. 이를 통해 캡슐 안을 고온의 기체 상태(플라즈마)로 만드니, 엑스선이 생성되며 내부가 뜨겁게 가열됐다. 레이저빔을 만드는 데 사용된 에너지는 2.1MJ(메가줄·에너지단위)이었지만 핵융합으로 생성된 에너지는 2.5MJ에 달했다. 0.4MJ을 온전히 전력 생산에 이용할 수 있게 된 것이다.
기술이 상용화까지 이어질 경우, 친환경 에너지 생산에 획기적인 변화를 가져올 것으로 보인다. 핵융합 발전은 기존 원자력발전소가 사용하는 핵분열과 비교해 더 많은 양의 에너지를 생산할 수 있고, 핵폐기물이나 탄소 발생이 거의 없다. 방사능 유출 위험도 적다. 원료도 중수소(수소보다 중성자가 하나 더 있는 수소) 등으로 얻기 쉽고 친환경적이다.
FT는 "로런스 리버모어 연구팀은 과학자들이 수십 년간 풀지 못했던 과제를 해결했다"며 "이번 실험 결과가 최종 확인된다면 우리는 새로운 역사를 목격하는 것"이라고 평가했다.
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