이미지 확대보기이 연구로 핵융합로에 더 많은 수소 연료를 안전하게 투입할 수 있다는 것이 밝혀졌고, 이는 핵융합에서 이전에 예상했던 것보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다는 것을 뜻한다.
핵융합은 가장 유망한 미래의 에너지원 중 하나다. 두 개의 원자핵이 하나로 합쳐지면 엄청난 에너지를 발산한다.
우리가 매일 보는 태양의 밝은 빛도 핵융합의 결과다. 수소 원자핵이 더 무거운 헬륨 원자로 융합하는데서 태양의 열과 빛이 나온다.
현재 국제 핵융합 연구 프로젝트인 국제열핵융합실험로(ITER)에서 지구에서 태양의 핵융합 과정을 복제하는 연구를 하고 있다. 이 연구의 목표는 핵융합이 일어날 수 있는 적절한 환경인 고온의 플라즈마를 만드는 것이다.
기체와 비슷한 물질의 이온화된 상태인 플라스마는 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자로 이루어져 있다. 이 상태는 우리가 호흡하는 공기보다 밀도가 거의 백만배 낮다. 플라즈마는 핵융합 연료인 수소 원자를 극도로 높은 온도(태양 중심핵의 10배)에 노출시켜 전자가 원자핵에서 분리되도록 함으로써 생성된다. 이 과정은 ‘토카막’이라고 불리는 도넛 모양의 구조 안에서 일어난다.
EPFL에 위치한 세계 최고의 핵융합 연구소 중 하나인 스위스 플라즈마 센터의 파올로 리치는 "핵융합을 위한 플라즈마를 만들기 위해서는 고온, 고밀도 수소연료, 폐쇄 환경 등 세 가지를 고려해야 한다"고 말했다.
유럽의 대규모 공동연구에서 리치 팀은 플라즈마 생성의 기본 원리를 갱신하는 연구를 발표했다. 이 발표에는 토카막은 실제로 두 배의 양의 수소로 작동할 수 있고, 따라서 이전에 생각했던 것보다 더 많은 핵융합 에너지를 생성할 수 있다는 내용이 포함되어 있다.
1988년 핵융합 과학자 마틴 그린월드가 연료 밀도를 토카막의 작은 반지름(도넛 안쪽 원의 반지름)과 토카막 내부의 플라스마로 흐르는 전류의 양과 연관짓는 법칙을 발표했다. 그 이후로 이 '그린왈드 한계'는 핵융합 연구의 기본 원칙으로 사용되었다.
스위스 플라즈마 센터는 매우 정교한 기술을 사용하여 토카막에 주입되는 연료의 양을 정확하게 조절할 수 있는 실험을 설계했다.
리치는 "우리가 시뮬레이션을 통해 발견한 것은, 플라스마에 더 많은 연료를 첨가하면, 토카막의 바깥쪽 차가운 층이 다시 중심부로 이동한다는 것이다. 플라즈마는 식으면 저항력이 커진다. 따라서 더 많은 연료를 주입할 수록 냉각되는 부분이 많아지고 플라즈마에서 전기가 흐르기 어려워져 결국 중단이 발생하게 된다"고 말했다.
결국, 리치와 그의 동료들은 이러한 현상을 해독해 토카막의 연료 제한에 대한 새로운 방정식을 도출할 수 있게 되었다.
이 새로운 방정식은 그린왈드 한계를 연료 측면에서 거의 두 배로 높일 수 있다.
김진영 글로벌이코노믹 기자
