섭씨 1억도 플라스마 생성에 성공한 민간 토카막 핵융합로

(The ST-40 spherical tokamak fusion reactor. Credit: Tokamak Energy)

민간 핵융합 스타트업이 업계에서 최초로 섭씨 1억도 플라스마 온도에 도달했다는 소식입니다. 옥스퍼드에 있는 영국의 핵융합 스타트업인 토카막 에너지는 불과 5천만 파운드에 불과한 자금으로 만든 ST-40 구형 토카막 장치로 이 기록을 달성했습니다.

현재 국제 협력으로 건설 중인 ITER을 비롯해 핵융합로에서 가장 흔한 형태는 토카막 장치입니다. 토카막은 1950년 대 구소련에서 개발한 방식으로 도넛 모양의 자기장 내부에 초고온의 플라스마를 가두는 기술입니다. 어떤 용기도 섭씨 1억도의 플라스마를 직접 가둘 수 없기 때문입니다.

하지만 토카막 장치가 장시간 초고온 플라스마를 생성하기 위해서는 엄청난 크기의 강력한 자석이 필요해 비용이 크게 상승합니다. 대부분의 핵융합 연구가 민간이 아닌 정부 주도로 이뤄지는 이유입니다.

토카막 에너지는 크기를 줄인 구형 자기장 디자인을 통해 비용을 크게 절감했습니다. 그리고 Barium Copper Oxide (REBCO) 소재로 만든 고온 초전도체 High Temperature Superconducting (HTS) 테이프를 이용해 강력한 자기장을 만듭니다. 이 소재는 액체 헬륨 대신 질소 냉각이 가능해 냉각 비용이 상대적으로 저렴합니다. 참고로 테이프의 두께는 0.1mm에 불과하기 때문에 여러 겹으로 쌓아서 자석을 만듭니다.

(동영상)

하지만 섭씨 1억도 플라스마 달성은 이제 시작일 뿐입니다. 민간 기업이 달성한 것으로는 놀라운 기록이지만, 다른 토카막 장치와 마찬가지로 아직 실제 발전 단계에 도달한 것은 아니기 때문입니다.

다만 비용을 절감할 수 있는 디자인이라는 점에서 주목됩니다. 상업 발전이 가능하더라도 핵융합 발전소가 너무 비싸다면 경제성이 없습니다. 새로운 디자인의 토카막 핵융합로가 돌파구를 마련할 수 있을지 주목됩니다.

참고

https://newatlas.com/energy/tokamak-energy-temperature-threshold-commercial-fusion/

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