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중국, 세계 최초로 인공태양 불 밝힐까?

중앙일보 2021.02.18 12:59

과연 지구에서 '인공 태양'을 만들 수 있을까?
만들게 된다면 인류에 도움이 될까?

ⓒ바이두이미지

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이에 대한 답을 안후이(安徽)성 허페이(合肥)시에 위치한 '과학의 섬(科學島)'에서 찾아본다. (아래는 신화통신과 쑹윈타오(宋雲濤) 중국과학원 허페이물질과학연구원 부원장과의 인터뷰 중 일부다.)
중국 최초의 초전도 토카막 실험 장치 ⓒ??中?

중국 최초의 초전도 토카막 실험 장치 ⓒ??中?

Q1. EAST?

'Experimental Advanced Superconducting Tokamak'의 약자로 핵융합 유도 토카막 실험 장치를 말한다. 토카막은 1950년 소련에서 발명한 고리 모양 진공 자기 코일이다. 중국은 1989년 소련에서 토카막을 들여와 몇 년에 걸쳐 개발을 시도했고, 세계 최초의 완전 초전도 자성체를 개발했는데, 이게 EAST다.
 
중국은 '9차 5개년' 계획(1996~2000년) 기간에 EAST를 국가 중대 과학 프로젝트 중 하나로 정식 승인했다.
 

Q2. EAST, 왜 인공태양이라 불리나?

태양의 에너지원은 '핵융합'이다. 핵융합은 에너지를 무한 생산할 수 있다. EAST는 태양이 방출하는 에너지를 지구상에서 인공적으로 만들어 내며, 태양과 유사한 작동 메커니즘을 가진다.  
EAST 내부를 탐색중인 연구원들. ⓒ신화통신

EAST 내부를 탐색중인 연구원들. ⓒ신화통신

Q3. 어떤 원리인가?

쉽게 말해, EAST를 거대한 전자레인지로 보면 된다. 이 전자레인지의 출력은 약 10의 7승 와트로, 이는 가정용 전자레인지의 약 2만 배에 해당한다. 고전력 시스템을 가진 전자레인지를 사용해 분자를 플라스마로 바꾸는 개념이다.
 
인공 태양을 만들기 위해서는 섭씨 1억 도의 플라스마, 1,000초의 연속 작동 시간, 1메가 암페어의 플라스마 전류가 있어야 하는데, 이는 엄청난 난이도의 도전이다. 수억 도의 고온 플라스마를 운반하기 위해 연구자들은 자기장을 이용해 케이스를 만들었고, EAST 내부의 자기장 강도는 지구의 약 7만 배에 달한다.  
초전도 토카막 핵융합 실험 장치 ⓒ신화통신

초전도 토카막 핵융합 실험 장치 ⓒ신화통신

Q4. 인공 태양 도대체 왜 만드나? 

에너지 개발을 위해서다.
 
오늘날 우리가 사용하는 에너지원의 대부분은 화석 에너지원(석탄·석유·천연가스 등)인데, 이런 에너지원은 매우 유한하다. 석탄은 200년 후 고갈될 것으로 추정된다. 또한 에너지 개발로 인한 환경오염 문제도 무시할 수 없다.
 
-청정에너지가 있지 않나?  
풍력·수력·태양 에너지 등 신에너지는 날씨나 지리적 조건 등 제한적 요소를 가지고 있어 모든 에너지 수요를 충족시키기 어렵다. 또 건설 비용이 석탄 발전보다 높아 제한적이다.
 
-원자력 발전소도 있지 않나?
원자력발전소와 관련해 핵분열 반응에 필요한 우라늄, 플루토늄 등 원소 매장량은 굉장히 한정적이며 방사능의 위험도 있다. 반면 '인공 태양'은 핵융합 반응에 필요한 원소 중 하나인 듀테륨의 매장량이 매우 많아 희소성에 대한 걱정이 없다.  
 
바닷물 1L에 포함된 듀테륨은 핵융합 반응을 거쳐 석유 300L와 맞먹는 에너지를 생산한다. 유해 성분도 없다. 핵융합 에너지가 연료 고갈, 환경 파괴, 폭발 위험이 없는 이상적인 '궁극의 에너지'로 주목받는 이유다.  
초전도 토카막 핵융합 실험 장치를 업그레이드하는 연구원. ⓒ신화통신

초전도 토카막 핵융합 실험 장치를 업그레이드하는 연구원. ⓒ신화통신

Q5. 실제로 '인공 태양'이 만들어진다면 미래에 어떤 변화가 생길까?

에너지 고갈 문제가 해결돼 가격이 매우 저렴해질 것으로 예상된다. 또 핵융합의 생성물인 헬륨과 중성자가 유해가스를 배출하지 않기 때문에 지구온난화·산성비·스모그 등 환경 문제가 완화돼 생태환경이 개선될 것이다. 
 
핵융합 에너지의 원료를 바닷물에서 손쉽게 얻을 수 있기 때문에 에너지 관련 분쟁도 크게 줄어들 것으로 전망된다.  
메인 엔진 진공챔버(chamber)의 내부. ⓒ신화통신

메인 엔진 진공챔버(chamber)의 내부. ⓒ신화통신

Q6. 중국의 기술력, 어디까지 왔나? 

2006년 EAST 준공 당시엔 5초 동안 250kA의 전류를 획득하는 데 성공하였다. 15년 뒤인 지금, 101.2초 동안 고성능 플라스마를 발생시키는 데 성공했다. 또 전자온도 1억℃에서 플라스마를 20초 동안 유지하는 등 핵융합 발전에 한 걸음 다가섰다는 평가를 받고 있다.
 
중국에서 개발한 "인공 태양"실험 장치는 완전 초전도 자석과 능동 냉각 구조를 갖춘 세계 최초의 토카막으로, 중국은 자기구속핵융합  분야에서 이미 선진국의 대열에 진입했다.  
 
이들은 올해 고성능 플라스마 발생 400초 동안 유지, 플라스마 중심 온도 1억℃ 장기 유지 등 새로운 목표에 도전할 예정이다.
ⓒ바이두이미지

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중국은 전 세계 최대 에너지 소비국이다. 2010년, 고속 성장세에 힘입어 100년의 아성 미국을 제치고 최대 소비국이 됐다. 
 
중국은 미국의 약 4배 이상의 인구를 가진 나라다. 그러나 중국의 1인당 에너지 사용량은 실제 미국의 1/13에 불과하다. 중국이 미국과 동일한 생활 표준을 달성하고자 한다면 미국이 소비하는 에너지의 5~6배가 필요하다.
 
그러나 중국이 해당량의 에너지를 소모한다면 전 세계의 에너지가 부족해질 수밖에 없다. 중국은 필히 더 효율적이고 깨끗한 에너지원을 연구해야 한다. 중국의 핵융합에 대한 자주적인 연구가 필요한 이유다.  
 
차이나랩=김은수 에디터 

차이나랩

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