'으르렁'대는 미국·중국도 손잡는 초대형R&D 프로젝트 ITER란 무엇인가

2020.07.28 17:05

 

                       프랑스 남부 카다라슈 ITER 현장 입구에 ITER 회원국의 국기가 걸려있다. ITER 제공.

 

국제핵융합실험로(ITER)는 핵융합에너지의 실용화 가능성을 실증하기 위해 주요 7개국이 공동으로 프랑스 카다라슈 지역에 대형 초전도핵융합실험로를 건설하는 프로젝트다.

 

ITER 프로젝트에 참여하는 국가는 한국을 비롯해 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 중국, 한국, 인도다. 프로젝트 시작은 1985년으로 거슬러 올라간다. 미국과 당시 소련이 핵융합 분야 협력을 1985년 천명한 뒤 미국·러시아·EU·일본이 1988년 4월에 합류했다. 이어 중국이 2003년 1월, 한국이 2003년 6월, 인도가 2005년 12월 ITER 프로젝트에 참여하면서 총 7개국이 프로젝트를 이끌게 됐다.

 

ITER는 화석연료 고갈에 대비하고 원자력과 신재생에너지를 대체할 수 있는 핵융합에너지의 실용화 가능성을 검증하기 위한 역대 최대 규모의 초대형 국제협력 연구개발(R&D) 프로젝트다. 핵융합반응을 통해 열출력 500메가와트(MW), 에너지 증폭률 10배를 구현하는 게 목표다.

 

2006년 ITER 당사국간 국제공동이행협정이 체결된 뒤 각 회원국들은 ITER 장치 건설을 위한 조달품을 개발·제작하고 있으며 2025년 첫 번째 플라즈마 실험을 시작한다는 목표가 제시됐다.

핵융합은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 원자핵으로 바뀌는 현상이다. 원자핵이 융합하는 과정에서 줄어든 질량만큼 중성자가 튀어나오는데 이 때 중성자가 갖고 있는 엄청난 열에너지를 이용하는 게 핵융합에너지다.

 

태양은 핵융합 반응이 일어날 수 있는 조건인 플라즈마(원자핵과 전자가 분리된 기체) 상태를 스스로 만들 수 있다. 중심부의 약 1400도 온도에서 플라즈마 상태를 꾸준히 유지한다. 태양 자체의 질량과 어마어마한 중력이 플라즈마를 촘촘한 밀도로 가두기 때문이다.

 

그러나 태양 질량의 0.0003%에 불과한 지구에서는 핵융합 반응을 만들 수 없다. 핵융합 반응은 플라즈마의 밀도와 온도를 곱한 값이 일정 수준을 넘어설 때 지속될 수 있는데 태양만큼 큰 중력을 얻기 힘든 지구에서는 불가능하다. 이 때문에 지구에서 핵융합 반응을 지속하려면 태양보다 훨씬 높은 1억도의 초고온 플라즈마를 만들어야 한다.

ITER 건설 현장 전경. 과기정통부 제공.

이처럼 초고온 플라즈마 상태로 핵융합 반응이 지속되는지 실증하기 위한 연구가 바로 ITER 프로젝트다. 초고온 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 자기 밀폐형 핵융합 장치 ‘토카막’으로 구현된다. 도넛 형태의 진공 용기에 수소를 넣은 뒤 1억도가 넘는 초고온 플라즈마 상태로 만든다. 바닷물에서 추출 가능한 중수소 및 삼중수소를 주원료로 연료가 무한하며 원자력발전소에서 나오는 고준위 방사성 폐기물이 발생하지 않는 미래 에너지원으로 꼽힌다.

 

한국은 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 개발 과정에서 얻은 핵융합 연구역량을 바탕으로 초전도도체, 진공용기, 열차폐체 등 주요 품목 9개의 개발 및 제작을 맡고 있다.

• 김민수 기자reborn@donga.com