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핵융합 발전, 핵심 원료 '삼중수소' 부족에 직면

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핵융합 발전, 핵심 원료 '삼중수소' 부족에 직면

핵융합발전 기술은 실험용 원자로의 핵심 연료원인 삼중수소의 부족에 직면했다. 사진=ITER이미지 확대보기
핵융합발전 기술은 실험용 원자로의 핵심 연료원인 삼중수소의 부족에 직면했다. 사진=ITER
핵융합발전 기술은 실험용 원자로의 핵심 연료원인 삼중수소의 부족에 직면했다고 전문매체가 22일(현지시간) 보도했다.

프랑스 남부에서, 국제 핵융합 실험로 이터(ITER)는 완성을 향해 치닫고 있다. 2035년에 완전히 가동되면, 국제 핵실험용원자로는 지금까지 만들어진 것 중 가장 큰 장치가 될 것이며, 핵융합의 기수 역할을 할 것으로 예상됐다.

토카막이라고 불리는 도넛 모양의 반응실 안에서, 중수소와 삼중수소라고 불리는 두 종류의 수소는 태양 표면보다 뜨겁게 회전하는 플라스마에서 융합되어 수만 가정에 전력을 공급할 수 있는 충분한 청정에너지를 방출할 것이라고 한다.

문제는 이터(ITER)가 준비될 때쯤이면, 이터를 작동시킬 연료가 충분히 남아 있지 않을 수 있다는 것이다.

많은 실험 핵융합로처럼, 이터(ITER)는 실험을 위해 중수소와 삼중수소의 꾸준한 공급에 의존한다. 중수소는 바닷물에서 추출할 수 있지만, 수소의 방사성 동위원소인 삼중수소는 믿을 수 없을 정도로 희귀하다.

대기 수준은 핵무기 실험이 금지되기 전인 1960년대에 최고조에 달했다. 가장 최근의 추정에 따르면 현재 지구에는 20kg 미만의 삼중수소가 존재한다. 그리고 이터(ITER)가 예정보다 몇 년 늦어지고 수십 억의 예산을 초과하면서, 이터와 다른 실험적인 핵융합 원자로에 연료를 공급해야 하는 최상의 삼중수소 공급원은 서서히 사라지고 있다.
현재, 이터(ITER)와 같은 핵융합 실험에 사용되는 삼중수소는 중수 감속 원자로라고 불리는 매우 특정한 유형의 핵분열 원자로에서 나온다.

그러나 이러한 원자로들 중 많은 수가 작동 수명이 다 되어 가고 있다고 한다. 전 세계적으로 30개(캐나다 20개, 한국 4개, 루마니아 2개) 미만의 원자로가 남아 있다고 한다. 핵분열 원자로에서는 각각 연간 약 100g의 삼중수소를 생산할 뿐이다. 인도는 더 많은 삼중수소를 건설할 계획을 가지고 있지만, 핵융합 연구자들이 삼중수소를 이용할 수 있게 만들 가능성은 낮다는 것이 전문가들의 견해이다.

그러나 삼중수소만으로 실행 가능한 장기적 해결책이 아니다. 핵융합은 전통적인 핵분열 에너지에 대해 더 깨끗하고 안전한 대안을 제공하는 것을 의미한다.

이터(ITER)의 노골적인 비판자였던 은퇴한 물리학자 어네스트 마츠카토는 "깨끗한 핵융합로를 연료로 사용하기 위해 더러운 핵분열 원자로를 사용하는 것은 불합리할 것이다"라고 말했다.

삼중수소의 두 번째 문제는 빠르게 붕괴한다는 것이다. 반감기는 12.3년이며, 이는 이터(ITER)가 중수소-삼중수소 운용을 시작할 준비가 되었을 때(약 12.3년 후), 현재 이용 가능한 삼중수소의 절반이 헬륨-3으로 붕괴되었음을 의미한다. 문제는 이터(ITER)를 켠 후에만 더 심각해질 것이다.

설상가상으로, 삼중수소는 핵무기 프로그램에서도 탐이 나는데, 이는 폭탄을 더 강력하게 만드는 데 도움이 되기 때문이다. 비록 군부가 직접 만드는 경향이 있지만, 세계 삼중수소 생산 능력의 대부분을 가지고 있는 캐나다가 비평화적인 목적으로 그것을 팔기를 거부하기 때문이다.

ITER의 연료 사이클 부문 리더인 스콧 윌름스은 "이터(ITER)는 예정보다 거의 10년 늦게 운영되고 있지만 아직 이를 활용할 준비가 되어 있지 않다. 이터가 약 3년 전에 우리가 계획했던 대로 중수소-삼중수소 혈장을 해 왔더라면 모든 것이 잘 되었을 것이다. 지금 대략 이 삼중수소 창문의 정점에 도달하고 있다"고 말했다.

과학자들은 수십 년 동안 이 잠재적인 장애물에 대해 알고 있었다. 과학자들은 장애물을 걷어내기 위해 깔끔한 방법을 개발했다. 삼중수소를 생산하기 위해 핵융합로를 사용하여 태우는 동시에 연료를 보충하는 계획이었다. 브리더 기술은 핵융합로를 리튬-6으로 둘러싸는 것을 목표로 한다.


김진영 글로벌이코노믹 기자