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202009.17

안전한 단절이 필요한 ‘언택트’ 시대! 핵융합에도 언택트가 필수?

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/1173

요즘처럼 접촉에 민감한 때도 없는 것 같습니다. 코로나19로 인한 사회적 거리두기가 장기화되면서 손을 맞잡는 것조차 어려운 일이 됐는데요. 바야흐로 사람과 사람 사이의 접촉을 최소화하는 ‘언택트(UNTACT)’의 시대가 펼쳐지고 있습니다.

 

UN + CONTACT = UNTACT. ‘언택트(UNTACT)’는 ‘접촉하지 않는다’는 뜻으로, 부정의 의미를 가진 ‘UN’과 접촉을 뜻하는 ‘CONTACT’라는 단어를 더해 만들어진 신조어입니다. 언택트는 재택근무, 온라인 강의 등 비대면으로 이루어지는 활동들을 말할 때 주로 쓰이는데요. 이런 언택트로의 환경 변화는 코로나19로 영향으로 다양한 분야에서 확산되고 있습니다. 식당에서는 키오스크를 통해 주문과 결제를 하고, 택시 이용과 결제는 애플리케이션 하나면 충분해지는 등 불안한 접촉 대신 안전한 단절을 선택한 요즘 시대에 언택트는 각광받는 생활 방식이 되었습니다.

 

그런데 이 언택트가 필요한 분야가 또 있습니다. 바로 인류의 미래에너지 개발을 위한 핵융합 연구에서인데요. ‘융합’이 필요한 연구 분야임에도 왜 언택트가 필요한지 한번 같이 알아볼까요?

 

 

 플라즈마와 토카막의 언택트, ‘자기장’으로 해결

 

태양이 에너지를 만드는 원리인 핵융합 반응을 지구에서 만들기 위해서는 태양보다 7배 이상 뜨거운 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태가 필요합니다. 1억℃ 이상의 온도라니, 가늠이 가시나요? 예상조차 되지 않는 이 온도는 만드는 것도 문제이지만, 이를 어디에 만들 수 있을지도 문제입니다. 현재 지구상에는 1억℃의 온도와 접촉해 견뎌낼 수 있는 물질은 없습니다. 고온에 가장 강하다고 알려진 물질인 ‘텅스텐’도 6,000℃를 넘어가면 기체가 되어 증발해버린다고 알려져 있는데요. 그렇다면 어떻게 핵융합에너지를 만드는 데 필요한 1억℃ 초고온의 플라즈마를 어떻게 만들고 유지해야 하는 걸까요?

 

수없이 많은 연구 끝에 과학자들이 고안해 낸 원리는 바로 ‘언택트’였습니다. 1억도의 초고온 플라즈마가 어느 곳에도 닿지 않고 유지하는 방법을 찾은 것입니다. ‘토카막(Tokamak)’이라 불리는 핵융합 장치를 이용해 1억℃로 가열된 플라즈마를 공중에 띄워 벽면에 접촉하지 않도록 하는 방법을 생각해 낸 거죠.

 

토카막은 도대체 어떤 장치길래 1억도 초고온 플라즈마를 품고 있되, 장치에 손상이 없도록 언택트를 유지할 수 있는 것일까요? 그 비밀은 바로 ‘자기장’에 있습니다. 물질의 4번째 상태라 불리는 플라즈마는 기체와 달리 원자핵과 전자가 떨어진 상태로 전기력과 자기장에 영향을 받는다는 특성이 있습니다. 자유롭게 움직이는 플라즈마 입자들에 자기장을 걸어주면 입자들은 자기장을 따라 움직이게 되고, 보이지 않는 전류 힘에 꽉 붙잡혀 자기력선을 따라 회전운동을 합니다. 자기력선 그릇을 만들어 그 안에 플라즈마를 담는 건데, 이렇게 하면 1억℃의 초고온 플라즈마가 벽면에 닿지 않고 유지될 수 있어 장치의 보호가 가능하죠. 이것이 바로 뜨거운 플라즈마를 장치에 담는 유일한 방법입니다.

 

 

 

|플라즈마 8초의 비밀, ‘제어 기술’에 답 있다

 

하지만 자기장으로 뜨거운 플라즈마를 붙잡아두는 일은 여간 어려운 일이 아닌데요. 커다란 공 위에 그만한 공을 또 올려놓고 그 위에서 아슬아슬 균형을 잡고 서 있는 것과 비슷합니다. 조금이라도 중심을 잃게 되면 밑으로 떨어지듯이, 플라즈마도 불안정하게 유지되면 사라지거나 효율성이 떨어지게 됩니다.

 

핵융합에너지 상용화를 위한 핵심 기술이 바로 이 불안정한 플라즈마를 자기장 그릇 안에 안정적으로 오래 담아두는 것입니다. 안정적으로 플라즈마를 유지하기 위한 연구는 전 세계 핵융합 연구장치에서 활발하게 수행되고 있는데요. 그 최고의 성과는 우리나라 인공태양이라 불리는 초전도핵융합연구장치 KSTAR에서 만들어지고 있습니다.

 

 

KSTAR 플라즈마 발생사진

 

KSTAR는 1억℃의 초고온 플라즈마를 만들고 8초 이상 유지하는 성과를 내면서 세계 핵융합 연구를 선도하는 우수한 성과를 이룬 바 있습니다. 이는 차세대 플라즈마 운전모드 중 하나인 내부수송장벽(Internal Transport Barrier, 이하 ITB) 모드를 플라즈마 형상 및 밀도 제어로 안정적으로 구현해 초고온 상태를 장시간 유지하는 데 성공한 덕분이었습니다. 여기에는 수학적 방법이 주효했습니다. 플라즈마 자체 전류에서도 자성을 발생해 자기장 형상과 위치를 바꾸는데, 이를 수학적으로 계산해 정밀하게 제어 기능을 강화했던 것이 맞아떨어진 것입니다. 우리나라의 KSTAR 연구진들은 이러한 독보적인 플라즈마 제어 기술을 바탕으로 앞으로 핵융합에너지 상용화를 위한 더 좋은 성과를 거둘 것으로 기대하고 있습니다.

 

이처럼 안전하고 깨끗한 핵융합에너지의 실현은 플라즈마와 토카막 사이의 완벽한 ‘언택트’가 유지될 때 가능한데요. 깨끗하고 무한한 핵융합에너지를 얻을 수 있도록 플라즈마와의 보다 안전한 단절 방법을 찾고 있는 과학자들의 노력은 시간이 흐를수록 빛을 발하고 있습니다.

 

우리 역시 코로나19 극복을 위해 플라즈마와 토카막 사이처럼 ‘언택트’가 필요한 시기인데요. 기술 발달을 바탕으로 스마트한 언택트 시대를 맞아 ‘불안한 접촉’ 대신 ‘안전한 단절’의 시간을 보낸다면, 곧 우리가 원했던 보통의 날들을 다시 만날 수 있으리라 생각됩니다.

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