◎“21세기의 에너지원” 핵융합/“75년 첫 연구후 급속한 발전… 2040년 기술개발 완료/방사능 없는 2세대 DD연료는 1백억년 사용 가능”/“한국과 연구협력 약정 체결… 훌륭한 파트너 될것”

포항 방사광가속기 건설에 이어 또 하나의 국가 거대과학 연구개발사업인 핵융합연구가 본격적인 출발을 앞두고 있다.미국 프린스턴 대학의 「플라즈마 물리연구소」(PPPL)는 세계 3대 토카막 핵융합 실험로 가운데 하나를 운영하고 있는 미국 최고의 핵융합 전문 국립연구소. 지난 6월 기초과학지원연구소(소장 최덕린)와 연구협력 약정을 맺고 한국의 핵융합 연구에 적극적인 협력의사를 밝힌 바 있는 이 연구소를 찾아 로널드 데이비드슨 소장(54)을 만났다.데이비드슨 박사는 핵융합 발전의 실현성에 대한 일부의 부정적 시각을 비과학적인 것으로 일축하고 『핵융합기술은 컴퓨터칩 기억용량의 경이적인 발전보다도 훨씬 급속한 진전을 이룩하고 있다』고 강조했다.

­핵융합 연구의 지금까지 성과는.

▲75년부터 토카막 핵융합로를 통한 본격적인 연구를 시작한 이래 눈부신 발전을 했다.예로 우리 연구소의 토카막 핵융합 실험로(TFTR)는 93년 12월 3천㎾의 열에너지 발생에 성공했다.

94년 11월에는 섭씨 5억도의 고온과 1만㎾의 열에너지를 내는 기록을 세웠다.5억도는 태양 온도의 3배에 달하는 온도다.열에너지발생량 1만㎾는 20년전에 비하면 1억배 이상 증가한 것이다.에너지문제의 영원한 해결을 위한 핵융합연구의 1차적인 목표는 이미 달성된 셈이다.앞으로는 순간적인 상태가 아닌 정상상태에서 지속적인 고에너지 발생연구가 새로운 과제다.미국·유럽·일본·러시아가 공동으로 건설하려 하고 있는 국제 열 핵융합 실험로(ITER)는 이러한 기술의 종합적인 실증로가 될 것이다.

­ITER는 건설시기가 2005년에서 2010년으로 연기되는등 진통을 겪고 있는데 이는 핵융합기술이 현실성이 없기 때문이 아닌가.

▲이는 전적으로 4대 추진 주체중 미국과 러시아의 재정형편에 기인한 것이지 기술적인 문제가 아니다.사실 석탄등 에너지원이 풍부한 미국은 핵융합로 개발이 급할게 없다.그렇기 때문에 재정적자 해결에 골머리를 앓고 있는 미국정부의 1차적인 예산삭감 대상이 된 것이다.하지만 자원이 부족한 일본은 매우 적극적이다.일본은 미국보다 먼저 핵융합 발전을 실현하는 국가가 될지도 모른다.

현재 국제적인 계획은 ITER에 이어 2025년에는 상업적인 핵융합 발전소의 모델이 될 DEMO장치를 거쳐 2040년 정도면 기술적인 문제는 끝날 것으로 예상된다.

­핵융합의 상업성 여부에도 논란이 있는데.

▲그것은 각종 에너지자원 매장량과 에너지 소비량을 생각해보면 자명해지는 일이다.현재 비율로 가면 유류는 앞으로 60년 이내에 고갈될 것이며 천연가스,석탄,우라늄등 다른 자원도 2백년이면 고갈될 것으로 예상된다.그러나 2040년까지 인류인구는 2배,에너지소비는 3배 증가할 것이란 예측이 있고 보면 핵융합 발전의 당위성은 분명해진다.핵융합연료인 DT(삼중수소가 필요한 연료)는 1백만년,DD(중수로 이뤄진 연료)는 1백억년 가량 쓸 수 있어 무한정하다고 할수 있다.

­핵융합 발전은 무공해라고 하는데 어떤 수준인가.

▲사실 제1세대 DT연료는 원료 자체(삼중수소)가 방사성 동위원소이고 핵융합반응때 극소량이긴 하지만 방사능을 발생시킨다.하지만 제2세대 연료인 DD연료를 사용하는 핵융합 반응이 실용화되면 이 문제도 근원적으로 해결되므로 핵폐기물 걱정은 할 필요가 없다.

­한국은 오는 2001년까지 정상상태 운전이 가능한 선진국수준의 차세대 초전도 토카막 핵융합 연구장치를 개발할 계획을 갖고 있다.한국의 기술수준을 어떻게 보는가.

▲한국의 포항공대와 서울대학,대덕과학기술연구단지와 산업계등을 이미 둘러보고 왔다.플라즈마 물리학분야의 연구인력이 두텁게 형성돼 있고 G7프로젝트 계획등을 통한 정부와 과학자들의 연구의지도 강렬해 우리의 좋은 협력파트너가 될수 있다고 생각한다.

(데이비드슨 박사는 프린스턴대 출신의 물리학박사로 메릴랜드대 교수,미국 에너지부 핵융합에너지국장,MIT 플라즈마연구센터 소장등을 거쳐 91년부터 PPPL 4대소장으로 재직하고 있는 플라즈마 핵융합 이론의 권위자이다.<미 뉴저지주 프린스턴시에서 신연숙 특파원>

◎미 플라즈마 물리연구소는…/토카막실험장치 보유… 핵융합 첫 성공/5억도 초고온·1만㎾ 에너지 창출/연구원 550명… 한국과학자 5명 활약

「플라즈마 물리연구소(PPPL)」는 미국 에너지부가 건설과 운영을 전액 지원하고 프린스턴대학이 운영을 하는 국립연구소이다.소속학과가 천체물리학과인 것이 다소 이색적인데 이는 연구소의 역사를 알면 쉽게 이해가 된다.

이 연구소의 설립자는 천문학자인 라이먼 스피처교수.스피처교수는 1951년 성간 공간에 존재하는 고온의 희소가스를 연구하던 중 핵융합에 매료돼 8자 모양의 자장튜브에 플라즈마를 밀폐시키는 장치를 생각해 냈다.

그는 이를 「별제조기」(스텔라레이터)라 명명하고 미국 원자력위원회에 연구비를 신청,핵융합 연구를 개시하기에 이르렀다.핵무기개발 프로젝트였던 맨하튼프로젝트의 하나로 시작된 이 연구는 58년 평화적 목적으로 일반에 공개된다.

PPPL은 유럽공동연구토러스(JET),일본의 JT­60U에 이어 세계 3위 규모의 토카막 핵융합실험장치(TFTR)를 갖고 있으며 소속 과학자와 엔지니어 숫자만도 5백50명에 이른다.1982년 완공된 TFTR은자기밀폐식 토카막장치로 5억도의 초고온과 1만㎾의 핵융합 에너지창출에 성공했다.

한국의 핵융합 연구계획은 선진들의 연구가 주춤할 때 20 01년까지 초전도 핵융합 기초기술을 닦아놓은 뒤 20 10년 ITER계획에 진출하자는 「틈새전략」이라고 할 수 있다.PPPL 역시 이같은 한국의 전략에 적극 동조,지난 6월에는 공동연구에 합의한 바 있다.<신연숙 기자>