캬! KSTAR 또 신기록!

성공만 하면 무한에너지로 지구온난화에 에너지위기까지 싹 다 해결해버리겠지?

 

하지만 사실 핵융합에는 기술적 난제들이 아직 겹겹이 쌓여있다.

그 중에서 이 글에서 다뤄볼 것은 바로 ‘연료 부족’

참고로 이 글은 사이언스지에 올라온 컬럼을 참고해서 내 의견을 추가한 것이니 더 궁금한 개붕이들은 가보시오.

https://www.science.org/content/article/fusion-power-may-run-fuel-even-gets-started

 

핵융합 연료는 수소 아닌가? 그게 왜 부족?

 

다른건 몰라도 핵융합 연료가 수소라는건 왠만큼 인터넷을 돌아다녀본 개붕이라면 다들 알고있을 것이다.

수소는 바닷물 퍼내서 분해만 시켜도 나오는 것이 아닌가 의아해할수 있지만 사실 핵융합은 아무 수소나 가지고 하는게 아니다.

 

수소는 크게 세종류로 나뉘는데 그것은 바로 경수소(줄여서 H), 중수소(줄여서 D), 삼중수소(줄여서 T).

(출처 https://www.uljinnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=47801)

 

경수소 H는 우리가 익히 아는 바로 그 수소인데, 자연에 매우 풍부하지만 핵융합에 안쓰인다.

핵융합에 실제 쓰이는 수소는 중수소와 삼중수소인데, 특히 삼중수소는 그냥 자연에 없다고 해도 될 정도라 바닷물 백날 분해해봐야 수급이 불가능하다.

 

그럼 삼중수소를 지금까지 어떻게 수급해왔냐고?

핵분열 돌려서.

 

 

(출처 한국원자력연구원 블로그)

 

핵분열을 돌리면 삼중수소가 나온다. 괜히 후쿠시마 오염수에 삼중수소가 풍부한게 아니다.

 

원자로중에서 “중수로”라고 불리는 원자로가 있는데, 여기 쓰이는 중수가 원자로 방사선을 흡수해서 삼중수소가 생산이 된다.

문제는 삼중수소 정화 설비가 있어야 여기서 삼중수소를 뽑아낼 수 있는데, 이 설비는 전세게에서 오직 한국과 캐나다만 가지고 있다. 심지어 한국은 국제정치적 이유로 삼중수소 판매가 금지되어있다.

 

그럼 그거라도 사재기해서 쌓아두면 되지 않을까? 싶지만, 삼중수소 반감기는 고작 12년이다. 쌓아두면 그냥 지 혼자 없어져서 장기 보관도 불가능하다.

 

이 골치아픈 꼬라지가 합쳐져 나온 결과물이 아래의 그래프다.

 

 

그래프가 보이는가? 상용화는 둘째 치고 연구용 융합로만 본격적으로 돌리기 시작해도 세계 삼중수소 보유량은 바닥으로 쳐박는다.

심지어 캐나다의 유일한 삼중수소 공급원인 원자로는 곧 폐쇄될 예정이다.

 

그럼 핵융합 연구는 왜 하는걸까? 과학자들이 바보라서 연료도 없는 발전 방식을 막대한 돈을 들여 연구하는 것일까?

 

삼중수소의 또 다른 공급원: 리튬 블랭킷

 

“청정” 에너지라고 홍보되고 있지만, 핵분열에 비해 청정이라는 거지 핵융합도 방사선은 나온다.

그런데 그러면, 핵융합 발전을 돌려서 나온 방사선으로 다시 삼중수소를 만들어서 핵융합을 돌릴수 없을까? 캬 무한동력!

이라는 생각을 과학자들이 하기 시작헀고 그 결과로 나온게 “리튬 블랭킷”이라는 물건이다.

 

(출처 https://news.zum.com/articles/64426575)

 

리튭 블랭킷이란 핵융합로 주변을 둘러싸고 있는 리튬 벽으로, 여기에 있는 리튬이 핵융합 방사선을 흡수하게 되면 삼중수소가 생산된다. 그걸로 다시 핵융합을 돌리면 와!

하고 감탄하기 전에, 여기도 문제가 있다. 리튬이 안 그래도 쓰임새가 많고 희귀한 금속이라는 건 둘째 치자. 리튬 동위원소 이야기는 개붕이들이 듣다가 다 죽어버릴지도 모르니 꺼내지도 않겠다.

 

가장 큰 문제는 바로 삼중수소 생산량이 생각보다 별로 안된다는 것이다.

 

(출처 한국핵융합에너지연구원 블로그)

 

핵융합은 핵분열처럼 폭발적으로 반응하지 않고, 연료공급을 멈추면 반응도 바로 멈춰서 안전하다.

문제는 이 특성이 삼중수소 생산에는 불리하다는 것이다.

 

삼중수소를 하나 소모하면 (중성자)방사선이 고작 하나 생성된다. 비율이 1:1이니 이걸 리튬이 하나도 놓치지 않고 전부 캐치해야 삼중수소가 간신히 유지되는 것이다.

 

당연히 불가능한 이야기이기 때문에 현실에서는 증식재라는걸 쓴다.

방사선 하나를 먹으면 그 에너지를 쪼개서 절반 에너지의 방사선 두개로 만드는 물질이다.

 

하지만 이렇게 똥꼬쇼를 벌여도 이론상 최대 삼중수소 생산량은 삼중수소 소모량의 약 1.15배에 불과하다.

거기에 삼중수소 보관문제(수소는 금속을 뒤지게 잘 투과한다), 반감기, 원자로 재가동시 삼중수소를 평시보다 더 쳐먹는 등등 온갖 현실적 문제들을 고려하면 리튬 블랭킷을 통한 삼중수소 생산은 유지가 불가능하다.

 

가장 치명적인 문제는 리튬 블랭킷은 아직 검증이 안된 기술이라는 것이다. 위 내용조차도 다 이론 혹은 실험실 내 놀음일뿐, 현실에서 써본 적이 한번도 없다…

 

결론

 

핵융합이 성공하면 정말 좋겠지만 메인 이슈인 플라즈마 제어 문제를 해결해도 연료의 산을 또 한번 넘어야 한다.

개인적으로 해결 불가능한 문제라고 생각지는 않지만 상용화는 또 수십년 멀어지는 것이다.

만약 결국 해결이 안된다면 청정한 핵융합을 돌리기 위해 더러운 핵분열을 도배해야 하는 역설적인 상황이 벌어질 수도 있다.

핵융합 연구는 응원하되, 성공의 현실적 예상은 조금 멀리 두는 것이 좋다.

 

세줄요약

1.     핵융합 하는데 삼중수소 필요함

2.     현재 기술 및 인프라로 삼중수소의 안정적인 수급이 불가능

3.     삼중수소의 수급은 성공할지 아닐지 모르는 기술 개발에 명운을 걸어야 하는 상황