지구의 한정된 자원과 극심한 기후 변화로 대체 에너지를 찾아 지구온난화에 영향을 끼치지 않는 순수한 대체에너지를 찾기 위해 수많은 노력이 있었다. 전기 자동차나 수소 자동차, 음식물/폐기물 쓰레기에서 나오는 온실가스를 통해 움직이는 자동차 등등 예전보다 나아진 점이 있었지만 이것 또한 깔끔한 해결책이라고 볼 수 없었다. 우리는 예전부터 무한한 에너지를 찾기 위해 고군분투해 왔다. 그것은 바로 핵융합 에너지이다.
핵융합 에너지는 원자핵이 고온, 고압에서 합쳐져 생성물을 만들어내고 여기서 줄어든 질량만큼 발생하는 에너지이다. 아인슈타인의 공식에서 알아볼 수 있다. 예시로 태양의 핵융합반응을 들 수 있다. 태양은 중심핵의 온도가 1500만℃이고, 표면온도가 대략 6000℃이다. 고온과 고압의 조건이 맞춰지면, 원자핵과 전자가 서로 극성을 띄어 자유로운 상태가 되어 고체, 액체, 기체 상태가 아닌 플라스마라는 상태가 된다. 이 상태에서 강한 핵력으로 수소 원자에서 중수소 결합, 핵융합 과정의 결과물인 헬륨이 나오게 되고, 질량 결손으로 방출된 열에너지가 즉, 빛에너지로도 변환되어 지구를 환히 비추고 있는 것이다.
왜 이 태양의 핵융합 에너지를 지구에서 만들려고 하냐면,
1. 핵분열을 일으키는 방법을 이용해 만든 원자력 발전과 달리 핵폐기물이 쌓이지 않고
2. 지진이나 자연재해가 생겼을 시, 원자력에 비해 공급만 안 해주면 반응이 일어나지 않기 때문에 매우 안전
3. 핵융합 과정의 결과물이 헬륨이기 때문에 매우 안정된 기체로서 핵분열과 같은 방사능 낙진에 대한 걱정이 없다.
4, 원료 중에 중수소는 바닷물에 풍부해서 무한하다 볼 수 있고, 삼중수소는 리튬에서 얻거나 원전에서 나오는 삼중수소도 걸러서 사용하면 되고, 이미 친환경적인 증식제 개발도 이루어지고 있어서 상용화가 된다면 화력발전을 통한 탄소배출, 석유로 움직이는 차량 및 기계, 주유소 등 주요 탄소 배출원이 없어질 것이다.
오랜 연구 끝에 우리나라는 토카막 방식을 이용한 핵융합 반응기 “KSTAR”를 만들었다. 토카막 방식은 플라스마를 자기장을 이용하여 담아두는 도넛 형태의 진공 상태 반응기이고, 초전도체에 전류를 흘려보내 자기장을 형성시켜 플라스마를 공중에 띄우고, 자기력선에 따라 원형으로 계속 돌게 된다. 하지만 플라스마는 난류가 심해 열이 균일하지 못해서 높은 온도로 인해 반응기의 벽이 손실되거나 열이 빠져나가서 플라스마를 안정적으로 잡기 위한 방법이 도입되어야 한다.
현재 우리나라가 이를 보완하기 위한 연구 진행 중이며 FIER모드란 새로운 플라스마 운전 방식을 찾아내서 훗날 인공태양 유지 시간 300초 달성이란 업적이 눈에 아른거린다. 핵융합 장치의 소재 또한 텅스텐으로 바꾸고, 필요에 따라 합금을 만들어 개선해 나갈 계획인 것 같다. 상용화만 된다면, 지구온난화를 약화하고 탄소배출이 없는 순수한 클린에너지를 만들 수 있다.
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