한겨울의 어느 날, 안후이성 허페이의 과학자들은 플라스마로 채워진 3.5톤 무게의 도넛 모양 장치를 약 18분 동안 섭씨 1억 도 이상으로 가열했다. 이는 태양 중심부 온도의 6배가 넘는 수준이다.
지난 1월의 이 실험은 플라스마물리연구소 과학자들에게는 기념비적인 순간이었다. 엄청난 열과 압력을 견딜 수 있는 거대한 은색 구조물인 실험용 첨단 초전도 토카막(EAST) 내부에서 중국 연구진은 극한 조건에서 플라스마를 가장 오래 가두는 세계 신기록을 경신했다. 이는 궁극의 에너지원인 핵융합을 실현하려는 인류의 수십 년 여정에서 중요한 이정표가 되었다.
수십 년 동안 핵융합은 실현 불가능한 에너지원으로 여겨졌다. 전문가들은 오랫동안 핵융합 기술을 "영원히 30년 후에 올 기술"이라고 농담 삼아 말해왔다. 그러나 저렴하고 안전하며 탄소 배출이 없는 전기를 생산할 수 있다는 거부할 수 없는 가능성 때문에, 110년 전 처음 이론이 정립된 이래로 핵융합은 에너지 과학자들의 이상향이었다.
오늘날의 원자력 에너지는 핵분열을 통해 얻어진다. 우라늄과 같은 무거운 원자가 둘로 쪼개지면서 막대한 에너지를 방출하고, 이 에너지를 전기로 활용하는 과정이다.
반면 핵융합은 그 반대의 과정이다. 원자를 쪼개는 대신, 일반적으로 수소와 같은 두 개의 가벼운 원자가 합쳐져 하나의 더 무거운 원자를 생성하면서 막대한 양의 에너지를 생산한다. 이는 태양이 에너지를 생산하는 과정과 동일하다. 이 때문에 핵융합은 종종 지구에 '인공 태양'을 만드는 것에 비유된다.
그러나 수십 년간 과학자들은 '점화'를 달성하는 데 어려움을 겪었다. 점화란 핵융합 반응을 일으키는 데 필요한 에너지보다 더 많은 에너지를 생성하여 순 에너지 이득을 얻는 순간을 말한다. 점화 다음에는 두 번째 난관이 기다린다. 반응을 지속시키기 위해 필요한 최소 1억5000만 도의 엄청난 열과 압력을 유지하는 것이다.
2022년 캘리포니아 로렌스리버모어국립연구소 산하 국립점화시설(NIF)의 연구원들이 사상 최초로 점화에 성공하면서 미국 과학자들이 첫 번째 경쟁에서 승리했다.
"역사적인 성과였어요." 전직 에너지부 관리이자 핵융합 개발업체 및 공급망을 추적하는 웹사이트 '퓨전에너지베이스'의 설립자인 샘 워젤이 말했다. "인류가 불을 다룰 수 있게 된 것에 버금가는 발견이라고 할 수 있죠. 정말 놀라운 일이에요."
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