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201701.25

[미디어 속 핵융합] 영화 패신저스 속 핵융합

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/635

 미래의 어느 시점, 광활한 우주 한가운데에 더 이상 사람이 살기 힘든 지구를 떠나 새로운 개척행성으로 떠나는 우주선 ‘아발론’호가 있습니다. 이 우주선이 새로운 행성으로 이동하는 120년 동안 아발론에 탑승한 5,258명의 승객들은 냉동 상태로 잠들어 있게 됩니다. 그런데 우주선이 지구를 떠난지 30년 밖에 지나지 않은 어느 날, 한 남자가 잠에서 깨어납니다.

 

 최근에 개봉하여 많은 관객들로부터 주목을 받은 영화 ‘패신저스’는 이처럼 우주 한가운데에서 동면 장치의 고장으로 혼자 깨어난 남자와, 그 남자로 인해 강제로 90년 일찍 잠에서 깨어난 한 여자를 둘러싸고 벌어지는 이야기를 다루고 있습니다.

 

 

<영화 패신저스에 등장하는 우주선 '아발론'>

 

 이 영화의 주 무대가 최첨단 우주선 ‘아발론’호는 광속의 50%라는 어마어마한 속도로 목적지인 개척 행성을 향해 이동하고 있습니다. 하지만 이처럼 엄청난 속력을 유지하며 목적지까지 자그만치 120년이라는 긴 세월동안 아발론호를 움직이게 하는 비밀은 무엇일까요?

 


아발론 우주선의 비밀, 핵융합

 

 아발론호는 길이만도 1km에 달하는 것으로 설정되어 있는 엄청난 크기의 우주선입니다. 이렇게 거대한 우주선에 5,000여명의 사람들을 태우고 120년간이나 운전할 수 있는 이유는 바로 아발론이 핵융합에너지를 사용하기 때문입니다.

 

 

<영화 패신저스에 등장하는 핵융합로와 실제 핵융합 장치인 KSTAR 토카막 모습 비교>

 

 영화 속에 등장하는 핵융합로의 모습을 보면 실제 핵융합 장치인 도넛모양의 토카막 장치와 매우 유사합니다. 영화적 상상력이 가미되었지만, 현실 속의 핵융합 장치에서 영감을 받아 아발론호가 디자인 되었다는 것을 알 수 있습니다.

 

 또한, 핵융합에너지는 에너지 효율, 연료 수급, 안전성 등 다양한 측면에서 우주여행에 적합한 에너지입니다. 영화 ‘패신저스’를 비롯하여 몇 년 전 개봉한 영화 ‘마션’ 등 최근 우주여행을 다룬 영화에서 핵융합에너지를 이용하는 우주선들이 등장하는 것은 핵융합에너지가 여러모로 우주여행에 매우 유용하기 때문입니다.

 

 실제로 핵융합에너지는 아주 적은 원료로도 막대한 에너지를 만들어 낼 수 있는 발전 방식으로 바닷물에서 손쉽게 얻을 수 있는 핵융합 연료인 중수소 1g은 석유 8톤과도 같은 에너지를 만들어 낼 수 있습니다. 가까운 미래에 인류가 핵융합에너지 상용화에 성공하여 우주선에서도 사용할 수 있는 크기의 핵융합엔진을 만들게 된다면, 현실 속에서도 오랜 시간 우주를 여행하는 것이 가능해질 것입니다.

 

 에너지 효율 외에도 핵융합엔진의 장점은 또 있습니다. 아발론호가 우주를 여행하는 120년 동안 사용할 연료를 실어둘 필요가 없다는 점입니다. 핵융합에너지의 연료인 수소는 우주에서 가장 흔한 원소 중 하나이기 때문입니다.

 

 아발론 우주선에 중력을 만들기 위해 80초에 한바퀴 씩 회전하도록 설정되어 있는 거대한 날개는 회전을 하면서 우주에 떠다니는 수소도 함께 포집합니다. 날개가 포집한 수소를 이용하여 핵융합엔진에 사용하므로 많은 양의 연료를 우주선에 미리 실어둘 필요가 없어, 우주선 공간사용에 있어서도 이득입니다.

 

 즉, 우주선 아발론호가 120년간의 우주여행이라는 무모하기까지 한 선택을 할 수 있었던 것은 결국 핵융합에너지 덕분인 것이죠.
 

 

영화 속 핵융합에너지에 대한 오해

 

 물론 긴 여정 속에 위기도 찾아옵니다. 아발론이 소행성과 충돌하며 우주선의 일부 시스템과 핵융합 엔진 일부에 고장이 발생합니다. 에너지를 발생시키는 핵융합로가 냉각장치의 고장으로 핵융합로를 녹이기 시작하며, 우주선에 탑승한 모든 사람들을 죽음으로 몰 정도의 거대한 폭발이 일어날 상황에 처하게 됩니다.

 

 물론 영화이므로, 주인공이 잘 해결해 나가지만 실제로 핵융합로에서 비슷한 상황이 벌어진다면 핵융합로가 폭발할 수 있을까요? 정답은 No입니다.

 

 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 우주와 같은 진공 상태에서 핵융합의 연료인 중수소와 삼중수소에 에너지를 가해 원자핵과 전자가 분리되어 있는 플라즈마 상태로 만들어 1억도 이상으로 가열시켜야 합니다. 하지만 1억도의 고온을 견딜 수 있는 재료가 없으므로 자석의 자기장을 이용하여 플라즈마를 공중에 둥둥 띄우는 방식으로 가둔 뒤, 그 안에서 핵융합반응을 통해 생성된 에너지를 사용하는 것입니다.

 

 만약 플라즈마를 급히 꺼야하는 상황이라면, 연료 주입을 멈추거나 전기를 차단시키는 것만으로도 무한한 에너지를 만들어내던 핵융합로를 간단하게 멈출 수 있습니다. 영화처럼 장치 일부에 고장이 발생했다면 이미 플라즈마가 형광등 꺼지듯 사라져 핵융합로를 녹일 수도, 폭발을 할 수도 없는 상태가 되었을 것입니다.

 

 이처럼 핵융합은 고진공, 고온, 고압 등 매우 극단적인 조건들이 동시에 충족되었을 때 일어나는 반응이므로 단 한가지 조건이라도 충족되지 않는다면 에너지를 만들어 낼 수 없습니다. 인류에게 매우 유용한 ‘핵융합에너지’를 현실에서 상용화하기 어려운 이유이기도 합니다.

 

 그러나 실망하긴 이릅니다. 1950년대 핵융합 연구를 처음 시작할 때만 하더라도, 핵융합은 불가능하다고 생각하는 과학자도 있었습니다. 또한, 지난 2008년 우리나라 기술로 개발에 성공한 핵융합연구장치 KSTAR에 처음 플라즈마가 켜지던 0.1초의 순간, 지금처럼 10년도 되지 않아 70초 동안 플라즈마를 유지하게 될지 그 누구도 예상하지 못했습니다.

 

 머지 않아 영화 속 상상이 아닌 우리 현실에서 핵융합에너지를 사용하고, 우주를 여행하는 날이 올 것입니다. 그 때쯤 고전영화가 되어있을 영화 ‘패신저스’를 다시 본다면 지금과 다른 재미를 느낄 수 있겠죠?

 

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