중국, '인공태양' 연료 효율 극대화 기술 개발... 핵융합 시대 앞당기나

중국이 핵융합 발전의 핵심 기술인 '극저온 펠릿 주입' 시스템 개발에 성공하며 '인공태양' 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.

19일(현지시각) 과학 뉴스 사이트 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 중국과학원 합비물질과학연구원 연구팀은 극저온 펠릿 주입 시스템을 개발하고, 자체 시험을 성공적으로 마쳤다고 밝혔다. 이 시스템은 영하 250℃ 이하의 초저온에서 수소 동위원소 가스를 고체 얼음 펠릿으로 만들어 핵융합로 내부 플라즈마에 초고속으로 주입하는 기술이다.

기존 연료 주입 방식보다 연료 효율을 획기적으로 높일 수 있어 차세대 핵융합 장치의 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 이 기술이 국제열핵융합실험로(ITER), 중국핵융합공학시험로(CFETR), 유럽시범핵융합로(EU-DEMO) 등에 활용될 것으로 기대하고 있다.


핵융합 발전은 태양에서 에너지가 생성되는 원리를 이용해 깨끗하고 안전한 에너지를 생산하는 기술이다. 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마 상태를 유지해야 하는데, 이때 극저온 펠릿 주입 기술이 중요한 역할을 한다.
극저온 펠릿은 플라즈마 내부 깊숙이 침투해 연료를 효율적으로 공급하고, 플라즈마의 온도와 밀도를 안정적으로 유지하는 데 도움을 준다. 이는 핵융합 반응 효율을 높여 에너지 생산량을 증가시키는 데 기여한다.

이번에 개발된 시스템은 1초에 1~10회 발사 가능하며, 펠릿 속도는 최대 300m/s 이상으로 국제적인 기술 수준과 동등하다. 연구팀은 이 시스템을 '인공태양'로 불리는 EAST 토카막 장치에 설치해 고밀도 플라즈마 실험에 활용할 계획이다.


EAST는 중국이 자체 개발한 토카막 장치로, 핵융합 에너지 연구 분야에서 여러 세계 기록을 보유하고 있다. 2021년에는 1억2000만℃에서 101초 동안 플라즈마를 유지하는 데 성공했으며, 2023년에는 7000만℃에서 1056초 동안 플라즈마를 유지하는 신기록을 세웠다.

EAST 연구팀은 극저온 펠릿 주입 기술을 통해 플라즈마 성능을 더욱 향상시켜 핵융합 에너지 상용화에 한 발짝 더 다가설 것으로 기대하고 있다.

하지만 '인공태양' 연구는 여전히 극복해야 할 과제가 많다. 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 안정적으로 가두는 기술, 플라즈마 입자의 충격을 견딜 수 있는 초강력 소재 개발 등 난제들이 남아있다.

중국은 '치샤오'라는 플라즈마 장치를 개발해 핵융합로 소재 연구를 진행하는 등 핵융합 에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 또한, 50여 개국 120여 개 연구기관과 협력하며 국제적인 공동 연구를 활발히 진행하고 있다.

이번 극저온 펠릿 주입 시스템 개발 성공은 중국의 핵융합 기술력을 다시 한번 입증하는 성과다. 중국이 핵융합 에너지 상용화를 선도하며 '인공태양' 시대를 열 수 있을지 주목된다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com