핵융합이란: 핵분열과 상반…수소폭탄 원리

핵융합이란: 핵분열과 상반…수소폭탄 원리

핵에너지는 원자핵이 합쳐지거나(핵융합) 붕괴되는(핵분열) 두 가지 물리적 반응을 통해 얻을 수 있다.

핵융합은 핵분열과 상반되는 현상. 수소의 동위원소인 중수소(D)와 삼중수소(T) 같은 가벼운 원소들의 핵이 서로 결합해 헬륨(He)처럼 좀더 무거운 원소 핵을 형성하는 것이 핵융합 반응이다. 이때도 질량 결손에 의해 에너지가 생성되는데 이런 핵융합 반응을 연쇄적으로 일으켜 폭발에 이르게 하는 것이 수소폭탄이며 제어된 방법에 의해 원자력발전처럼 에너지화하려는 것이 바로 핵융합 발전이다.

핵융합 반응의 연료인 중수소는 수소에 중성자가 1개 더 결합된 원소로서 바닷물의 약 0.015%를 차지하고 있다. 삼중수소는 리튬이라는 금속원소를 핵융합로 안에서 핵 변환시켜 얻을 수 있는데 리튬은 지각에 매장돼 있거나 바닷물 속에도 풍부하게 존재한다. 200g의 중수소와 300g의 삼중수소로 100만㎾급 핵융합 발전소를 하루 동안 가동할 수 있다고 한다.

문제는 자석의 같은 극처럼 서로 반발하는 중수소와 삼중수소의 원자핵을 합치려면 1억도 이상의 고온이 필요하다는 점이다. 온도 1억도쯤 되면 중수소와 삼중수소가 플라즈마 상태가 되는데 이를 가두기 위한 장비의 개발이 필요해진다.

지난 68년 옛 소련에서 처음으로 초고온 플라즈마를 100분의1초 이상 가두는 ‘토카막’ 장치를 개발했고 현재까지도 수십초 정도에 머물러 있다. 우리나라가 95년부터 제작 중인 차세대초전도핵융합연구장치(KSTAR)는 세계 최초로 초전도 자석을 적용한 토카막형 장치로서 오는 2007년 준공될 예정이다. KSTAR는 현재 추진 중인 국제핵융합실험로(ITER)의 시험용설비(Pilot Plant)로도 활용될 전망이다.

입력시간 : 2004-09-15 18:15