MIT가 개발한 혁신적인 핵융합로?

 핵융합 에너지는 가장 궁극적인 미래 에너지로 생각되고 있습니다. 거의 무한대로 쓸 수 있는 자원이 있고 배출되는 폐기물의 양도 적을 뿐 아니라 핵분열 때처럼 치명적이고 오래가는 것들이 아니기 때문입니다. 문제는 핵융합 반응을 컨트롤 하기가 매우 어렵다는 것입니다.

 핵융합 연구에서 유명한 농담 중에 하나는 "핵융합 발전이 다음 30년 후에는 가능하다. 그런데 항상 30년이다."라는 것입니다. 실제로 30-40년 후면 가능할지 알았던 핵융합 발전은 현재도 30년 이후를 기약하고 있습니다.

 하지만 MIT의 브랜든 소붐(Brandon Sorbom)을 비롯한 연구자들은 이를 단축시킬 새로운 발명품을 들고나왔습니다. 이들이 선보인 것은새로운 초전도자석입니다. rare-earth barium copper oxide (REBCO) 초전도 테이프는 기존의 초전도자석에 비해 10배나 강력한 핵융합 반응을 가능하게 만들 것이라고 합니다.

(MIT의 새로운 토카막 기반 핵융합로 디자인. A cutaway view of the proposed ARC reactor. Thanks to powerful new magnet technology, the much smaller, less-expensive ARC reactor would deliver the same power output as a much larger reactor. Credit: the MIT ARC team  )

(새로운 REBCO 초전도 자기 테이프와 기존의 구리 케이블.  MIT PhD candidate Brandon Sorbom holds REBCO superconducting tapes (left), which are the enabling technology behind the ARC reactor. When it is cooled to liquid nitrogen temperature, the superconducting tape can carry as much current as the large copper conductor on the right, enabling the construction of extremely high‑field magnets, which consume minimal amounts of power. Credit: Jose‑Luis Olivares/MIT)

 위의 사진에서 왼쪽에 든 한 가닥의 REBCO 자기 테이프는 오른쪽에 들고 있는 구리 케이블과 동등한 자기장을 만들 수 있습니다. 그리고 저렴한 액체 질소로 냉각이 가능합니다. 그 결과 저렴한 가격으로 강력한 자기장을 만들어 그 안에 초고온의 플라즈마를 가둘 수 있습니다.

 이 새로운 초전도체 기반의 ARC 핵융합로는 현재 400억 달러에 달하는 막대한 비용을 들여 건설할 예정인 차세대 핵융합로인 ITER의 절반 크기로도 같은 힘을 낼 수 있다고 합니다. 초고온 플라즈마를 컨트롤하는데 필요한 에너지의 양이 크게 줄어들면 투입한 에너지에 비해 얻어지는 에너지의 비율이 높아져 상업적인 핵융합로 개발이 한결 쉬워질 것입니다.

 MIT가 제안한 ARC의 또 다른 특징은 반응 용기가 고체가 아닌 액체라는 점입니다. 구체적으로 어떻게 그렇게 하는지는 잘 모르겠지만, 아무튼 이 새로운 액체 용기는 훨씬 쉽게 관리가 가능하고 교체가 되기 때문에 기존의 고체 용기에 비해서 더 효과적이라고 합니다.

 이와 같은 이야기는 솔깃하기는 하지만, 실제로 가능한지는 역시 테스트를 해봐야 알 수 있을 것입니다. 막상 해보면 이론과 실제는 다른 경우도 많으니까요. 물론 강력한 초전도체라면 핵융합은 물론이고 다른 용도로도 응용의 여지가 크기 때문에 그 자체로 의미있는 연구라고 할 수 있겠죠.

 과연 이런 연구가 앞으로 30년 이내에 핵융합 발전을 현실로 만들 수 있을지 궁금합니다.

 참고

http://phys.org/news/2015-08-fusion-power-closer-reality.html

"ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets," Fusion Engineering and Design, Available online 14 July 2015, ISSN 0920-3796, dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.07.008