‘또 하나의 태양을 만든다’핵융합에너지 개발의 선두주자로 떠오른 중국

글|차이민（蔡敏）， 주칭（朱靑）



‘또 하나의 태양을 만든다’핵융합에너지 개발의 선두주자로 떠오른 중국

글|차이민（蔡敏）， 주칭（朱靑）

핵융합에너지는 자원이 거의무한하며 오염도 없어 에너지 고갈과 환경 문제를 극복할 수 있는 근본적인 해결책으로큰 기대를 받고 있다. 중국은 지난 2003년 ‘국제열핵융합실험로（ITER）’ 프로젝트에 참여한 이후10년이 넘는 노력 끝에 핵융합 연구와 주요 부품 제조， 공정 건설，거대과학（Big science） 공정관리등의 역량을 세계 선진수준으로올려 놓았다. 또한 자체 지식재산권을 활용한 융합공정실험로를건설할 능력을 확보하는 데도 성공했다.

핵융합을 통한 ‘인공태양’ 개발 분야에서 중국은 과거 타국의기술을 추격하던 입장에서 이제는 세계로 자신의 기술력을 수출하는 선두주자로 변신했다. 중국의 고대 신화 속 인물인 과보가태양과 경주를 했다는 고사인 ‘과보추일（夸父追日）’처럼， 중국 과학자들은 수십 년 동안 태양을 좇으며（追日） 핵융합에너지가 중국에 첫번째 등불을 환하게 밝힐 수있기를 고대하고 있다.

미래의 무한한 ‘청정 에너지’

2006년 9월 28일， 허페이에 위치한 ‘과학섬（중국과학원 허페이 물질과학연구원의 별칭）’의 중국과학원 플라즈마 물리연구소 내 비（非）원형 절단면 토카막 핵융합실험장치（EAST）의 모습 사진/CFP

석탄， 천연가스， 석유 등 화석에너지는 언젠가 고갈될 것이기 때문에 현재 미래 인류의 운명은 이를 대체해 오랫동안지속되는 청정에너지를 찾는 데 집중되어있다. 미래의 에너지로서 사람들의 기대를한 몸에 받고 있는 자원 중 하나가 바로원자력에너지이다. 원자력에너지는 핵분열에너지와 핵융합에너지로 나뉘는데， 그중 핵분열에너지는 이미 발전용으로 활용되고 있다. 하지만 연료로 쓰이는 우라늄，세슘 등이 방사성 물질인데다 매장량이 한정되어 있고 강력한 방사능을 생성하기 때문에 방사성 폐기물의 처리 문제는 늘 골칫거리이다.

핵융합에너지는 태양의 에너지 생성 방식과 마찬가지로 원자의 핵융합을 통해 막대한 에너지를 방출한다. 인간은 지구상에서이미 수소폭탄 개발을 통해 핵융합을 실현시켰다. 그렇지만 수소폭탄은 가공할만한 핵무기다. 폭발시 극히 짧은 시간에 막대한 에너지를 방출하기 때문에 일정 범위 안에서 매우 파괴적인 결과를초래한다.

만약 수소폭탄의 폭발을 인위적으로 대폭 완화할 수 있고 폭발로 인해 생성되는 에너지를 안정적이고 느린 속도로 방출시켜 전기에너지로 바꿀 수만 있다면 수소폭탄은 더 이상‘생명체를 도륙하는 무기’가 아닌， 인류를 풍요롭게 하는 ‘인공태양’으로 다시태어날 것이다.

이는 인공태양이‘통제 가능한 열핵융합’이라고도 불리는 까닭이기도 하다. 과학자들은 수소폭탄의 생성 과정에서 방출되는방사선이 무시할 수 있을 정도의소량이고， 지구상에 풍부한 해수에서 수소의 동위원소인 중수소를정제해 연료로 쓰기 때문에 오염물질이 발생하지 않는다는 점을 가장 큰 장점으로꼽고 있다.

해수 1리터에 함유된 중수소를 추출해 완전한 융합 반응을 일으킬 경우， 가솔린 300리터를 연소시킨 것에 해당하는 양의 에너지를 얻을 수 있다. 이를 토대로산출해 보면 현재 세계 에너지 소비 수준과 해수의 저장량을 감안했을 때 인류는핵융합을 통해 수억 년 간 쓸 수 있는 에너지를 얻게 된다.

현재 이 분야에 대한 연구는 국제우주정거장（ISS） 유럽 가속기， 인간 유전체순서결정（Genomic sequencing）과 마찬가지로 국제적으로 이뤄지는 과학협력프로젝트를 통해 주로 이뤄지고 있다. 미국과 프랑스 등은 1980년대 중반부터 국제열핵융합실험로（ITER） 프로젝트를 발표하고 세계 첫 통제 가능한 핵융합실험로를 만들어 인류에 막대한 청정에너지를공급하고자 했다. 중국은 지난 2003년ITER 프로젝트의 7번째 협력국가로 참여했다. 이 프로젝트의 중국 내 주요 담당기관은 안후이（安徽）성 허페이（合肥）에있는 ‘중국과학원 플라스마 물리연구소（ASIPP）’이다.

자체 기술력으로 만든 핵융합실험로

“처음 중국이 2000만 달러를 들여 고온초전도 핵융합 실험장치를 짓겠다고 했을 때 해외 학계는 아무도 믿어주지 않았죠.” 리젠강（李建剛） 중국공정원 원사는10여 년 전의 기억이 아직도 생생하다.

1998년 중국과학원 플라스마 물리연구소는 ‘토카막 핵융합실험장치（EAST）전담팀’을 구성하고 세계 첫 고온초전도핵융합 실험장치‘EAST’를 만들겠다는목표를 세웠다. EAST의 중문명은‘오리엔탈 토로이드（Oriental toroid·東方超環）’이다. 중국 과학계는 이 프로젝트에큰 기대를 걸었다. 중국과학원 플라스마연구소는 장치 개발을 위한 장애물을 하나씩제거해 나가기 위해 12곳의 연구실과 2곳의 기술지원센터를 설립했다.

2006년 9월， 중국이 자체 설계·건설한 세계 첫 고온초전도 비（非）원형 절단면 핵융합실험장치（EAST）가 모습을 드러내며 방전실험에 성공했다. 전류 수치200kA（킬로암페어）， 3초에 가까운 고온플라스마 방전이었다. EAST는 해외 동종실험장치와 비교했을 때 ‘최소 자금 사용，최대 속도 제조， 최초 가동 운행， 운행 후최단시간 내 플라스마 방전 도출’ 등 4개의 ‘1등’ 타이틀을 거머쥐었다.

EAST는 최근 국제적으로 가장 선도적인 수준의 실험 성과를 얻었다.“현재매년 우리 연구소를 방문하는 수천 명의해외 과학자들과 함께 국제적 협력을 전개하고 있습니다. 10년 전만 해도 우리가 해외로 나가 배우는 처지였는데 말이죠” 쑹윈타오（宋雲濤） 부소장의 말이다.

중국은 ITER 프로젝트에서 전체 부품의 9% 정도를 통합조달하는 임무를 수행하고 있다. 현재까지 과학자들은 임무수행 과정에서 부딪힐 수 있는 모든 기술적 난관을 극복한 상태다. 쑹 부소장은 다음과 같이 말했다. “중국이 ITER 프로젝트에 납품하는 모든 조달부품은 100% 중국 국산품으로 이뤄지고 있으며 모두 한번에 검수를 통과했습니다. 납기도 제때맞췄습니다. ITER관리기구의 전·현직사무총장 모두 ‘중국이 통합조달 연구개발과 생산능력에서 여타 참여 국가들을 능가한다’고 평가하고 있습니다. 또한 중국과학원 플라스마연구소의 오리엔탈 토로이드（EAST）는 중국이 해외 최고의 핵융합실험실과 동등하게 교류하고 소통하는 데 도움을 주고 있습니다.”

중국이 수행하는 ITER 임무의 1급제조업체는 모두 20여 개다. 이 업체들은ITER을 비롯해 중국의 핵융합실험장치건설 단계에서 ‘무에서 유’를 창조했다.이들 업체는 기술적 약진을 이룩함으로써중국 내 해당 분야의 산업 공백을 메우고해외 선진대열에 올라서는 데 큰 역할을담당했다.

인재 육성 측면에서 살펴보면 현재전세계 융합실험실에는 거의 모두 중국인 연구자가 포함되어 있다. ITER관리기구에서 근무하는 중국인 과학자 수는 7개 참여국 가운데 유럽연합（EU） 다음으로 2위를 차지한다. 또한 중국은 국제화된 거대과학 공정관리에서도 많은 경험을축적했다. ITER관리기구와 산하 주요 기구에서 활약하는 중국인 연구자들은 모두중요한 직무를 담당하며 주도적인 역할을펼치고 있다.

‘인공태양’， 어디까지 왔나

ITER프로젝트는 오는 2021년 완성되어 2027년께 중수소와 삼중수소 연료 중심의 실험로 실험이 본격적으로 시작될 예정이다. 현재 중국의 과학기술부가 주도하는 ‘중국 핵융합공정 실험로（CFETR）설계’ 프로젝트가 2015년 공정 개념설계를마친 것으로 알려져 국제적으로 큰 반향을일으키고 있다. 융합연구 선진국인 미국，독일， 프랑스， 이탈리아 등은 중국과 긴밀한 연락을 유지하며 CFETR의 공동설계에전면적으로 참여하고 있다. 러시아의 업계관련자는 “향후 CFETR 프로젝트에 더욱긴밀히 관여할 예정”이라고 말했다.

과학자들은 CFETR 건설에는 20년 가량이 걸릴 것으로 보고 있다. CFETR는 중국이 자체적으로 설계·연구·제작하는 형태가 될 것이고， 중국을 기반으로 하되 광범위한 국제적 주체의 참여가 이뤄지는 중대한과학공정 프로젝트가 될 것이다. 이는 중국이 향후 세계 융합에너지 연구를 주도하고，중국인 과학자들이 세계 인류의 과학기술 발전에 더 많은 기여를 할 것임을 의미한다.

전문가들은 핵융합시범로의 건설과 운행， 그리고 본격적인 상용화까지 상당한 시간이 필요할 것으로 보고있다. 핵융합에너지가 진정으로 인류에게 혜택을 주는 시기는21세기 중반 이후에나 가능하다고 예측한다.

“내 평생 20만번 정도의 인공태양 실험을 시도했고 4만번에 가까운 실패를 거쳤습니다. 아주 길고 긴 과정이었지요. 지금은 우리의 핵융합실험장치가 100초대방전을 이룬 수준까지 올라왔지만 앞으로1000초， 1만초， 무제한까지 갈려면 아직도길이 멉니다. 하지만 지금까지와 같이 앞으로도 계속 전진해 나갈 것입니다.” 올해55세인 리젠강 원사의 말이다. 그는“나의 꿈은 남은 생애 동안에 핵융합에너지로등불 하나를 밝히는 일”이라며 “이 등불을처음 밝힐 곳은 반드시 중국이 되어야 한다”고 강조했다.