아이언맨의 핵융합장치는 이미 개발되고 있다.

아이언맨의 철갑슈트의 동력원
스파이더맨의 닥터 옥토퍼스의 인공 핵융합장치

영화 아이언맨에서 주인공 토니 스타크는 자신이 개발한 철갑슈트의 동력원으로 핵융합장치를 사용한다. 스파이더맨2의 닥터 옥토퍼스도 세상을 지배하는 에너지로 핵융합에너지를 개발하려 한다. 또 다른 영화 세인트에서는 미모의 옥스퍼드 대학 교수가 세계 에너지 부족을 완전히 해결할 수 있는 혁신적 핵융합 기술을 발견한 것으로 나온다. 그렇다면 과연 핵융합 에너지란 어떤 기술일까? 아니, SF영화에서 인류의 새로운 에너지원으로 자주 등장하는 핵융합 기술은 과연 현실에서 실행 가능한 것일까? 가능하다면 그 원리는 무엇일까? 우리나라에선 만들 수 있을까?

친환경 꿈의 에너지, 핵융합발전

뜨거워지는 지구. 고갈되는 지하자원.
새로운 에너지원을 찾아라!

인류가 문명이라고 말하는 것, 인간만의 세계를 꾸리기 시작한 것은 에너지를 자유자재로 활용하면서부터다. 그 중 불은 인간을 더욱 안전하고 풍요롭게 만들었다. 그러나 인간의 문명은 급속도로 발전했고 인간은 더 강한 불을 내는 에너지원에 의존하기 시작했다. 풀과 나무로는 모자라 화석연료를 지속적으로 발굴해 사용하게 되었고 결국 지하자원은 점차 줄어들며 석유, 천연가스, 석탄 등은 고갈되기 시작했다.

인간이 에너지를 사용하면서 발생되는 또 하나의 문제점은 환경오염이다. 인간은 끊임없이 이산화탄소와 같은 온실가스를 배출하고 있고 지구는 점점 뜨거워지고 있다. 때문에 인류는 친환경 에너지의 개발에 적극적일 수밖에 없다. 그 중 핵융합 에너지는 인공태양이라는 명칭으로 불리면서 인류의 미래 에너지원으로 큰 기대를 받고 있다.

핵융합은 환경에 미치는 영향이 적다. 핵분열발전에서 나오는 방사성 폐기물은 오랜 시간이 지나야 없어지지만, 핵융합발전에서 나오는 방사성 폐기물은 반감기가 짧기 때문에 비교적 빨리 없어진다. 또한 핵융합은 테러리스트의 표적이 되거나, 핵무기에 쓸 수 있는 우라늄이나 플루토늄을 사용하지 않는다. 그렇기 때문에 핵융합 에너지를 ‘꿈의 에너지’, ‘차세대 에너지’, ‘영원한 에너지’ 등으로 부르는 것이다. 이것은 영화나 SF의 매력적인 소재가 되기도 한다.

핵융합은 수소, 헬륨 등 가벼운 원소가 충돌하여 무거운 원소로 바뀌는 반응을 말하며 태양이 빛과 열을 내는 것과 같은 이치다. 핵융합을 인공태양이라 말하는 것이 이런 이유다. 바닷물 속에 0.015% 비율로 포함된 중수소를 연료로 사용할 수 있으며 방사성 물질이 발생하지 않는 등 장점이 많으나 고온, 고밀도의 플라즈마 처리기술이 개발 단계에 있어 실용화되기까지는 아직도 상당한 시일이 필요하다.

국내에서는 한국과학기술원, 한국원자력연구원, 서울대, 포항공대 그리고 한국중공업, 대우중공업, 삼성과 현대중공업 등 국내 산·학·연이 총망라되어 사업을 수행하고 있다. 특히 한국핵융합연구소가 주도적으로 연구하고 있다. 전문가들은 21세기 중반에 이르면 상용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.

중·고생도 쉽게 읽을 수 있는 국내 최초 핵융합 과학서적!

핵물리학 전공자이자 20여년 과학잡지 편집장을 역임한 저자가
중학생도 알기 쉽게 풀어 쓴 핵융합 이야기

핵융합이야기는 어렵다. 가장 기본적인 원리만 보더라도 다음과 같다. 중수소와 삼중수소를 1억℃의 온도로 가열하면 핵융합 반응이 일어나면서 질량결손이 발생하며 결손질량 만큼의 에너지가 발생하는 것을 이용하는 것이 핵융합로다. 그러나 중수소를 1억℃로 올리는 과정이 매우 어려워 실용화하기가 쉽지 않다. 즉 지구상에는 1억℃를 가둬 놓을 물질이 없기 때문에 그 대안으로 강력한 자기장을 만들어 그 안에 가둬 놓는 방법을 고안하여 실험해 왔다는 것이다. 이런 복잡한 이야기를 누구나 쉽게 읽을 수 있도록 만들어진 서적이 국내에는 아직까지 발간되지 않았었다.

이 책의 저자 이억주는 성균관대학교 물리학과를 졸업하고 동대학원에서 원자핵물리학을 전공해 석사학위를 받았으며
<과학소년>
,
<위즈키즈>
,
<어린이과학동아>
,
<수학동아>
등 과학분야에서 20여년 동안 기자와 편집장을 역임했으며 그동안 어려운 과학이야기를 독자들을 위해 쉽게 풀어주는 역할을 담당해 왔다. 1999년-2001년 한국과학문화재단 우수과학도서 선정위원으로 활동했으며, 2001년 잡지언론상(편집부문)을 수상했다.



감수를 맡은 국가핵융합연구소는 미래 녹색에너지원으로 세계가 주목하고 있는 핵융합에너지 개발을 선도하는 국내 유일의 핵융합 전문 연구기관이다. 세계 최고 수준의 핵융합 연구 장치 KSTAR(케이스타)를 국내 기술로 개발하고, 세계 핵융합 공동연구 장치로 운영하며 핵융합 상용화를 위한 핵심 기술 개발과 우수한 핵융합 인력 양성에 힘쓰고 있다. 또한 핵융합에너지 상용화를 위해 세계 주요 선진 7개국이 공동으로 수행하고 있는 국제핵융합실험로(ITER) 공동 개발 사업에 주도적으로 참여하고 있다.



책은 에너지 이용의 역사부터 출발한다. 신재생 에너지 중 가장 큰 각광을 받고 있는 핵융합 에너지가 필요한 이유를 에너지 이용의 역사에서 찾고 있다. 문명의 발달과 더불어 에너지 이용에 대한 역사를 되짚으며 문제점을 도출하고 이를 해결할 수 있는 새로운 에너지원의 필요성을 설명한다. 이어 핵분열과 핵융합의 개념과 차이점을 설명한다. 원자력에너지에 대한 역사와 기술에 대한 자세한 설명과 더불어 핵융합의 장점을 알기 쉽게 설명한다. 대한민국에 핵융합 발전을 위해 걸어온 길도 돌아보고 핵융합 기술이 펼쳐 줄 미래에 대해서도 상상해 본다.

머리말

1. 새로운 에너지를 찾아라 ·· 에너지 이용의 역사
문명과 에너지
뜨거워지는 지구
프라이부르크에서 찾은 신재생에너지들
자연의 에너지를 이용하라!
근본적인 해결책을 찾아서

2. 물리학이 연 새로운 가능성
무한한 에너지를 찾아서
태양에너지의 비밀
원자구조를 밝히다
E\u003dmc²
갈라져라! 에너지를 얻으리라
거대한 독버섯, 그리고 반성
원자력 발전의 태동

3. 태양을 만들어 내기까지
핵융합 발전을 향한 여정
비키니 환초와 새로운 무기
태양의 에너지, 핵융합
핵융합의 매력
핵융합 연구의 여명
난항을 거듭하는 연구
핵융합의 조건 - 플라즈마와 고온, 그리고 용기
국제 협력을 위한 첫 걸음
태양을 가두는 방법
스텔러레이터와 토카막
토카막의 역사

4. 실용화를 위한 국제 협력
ITER와 KSTAR
핵융합로 건설을 위한 커다란 한 걸음
인류최대의 국제 협력 사업
건설 10년, 운영 20년
플라즈마 연구의 효시, 한빛
KSTAR의 탄생
한국의 별 KSTAR
마침내 플라즈마 발생!

5. 우리의 미래
핵융합이 여는 새로운 세계
핵융합 파생기술
미래 에너지로서 경제적 가치
지속가능한 삶, 지속가능한 지구를 위한 노력