별을 빛나게 하는 원리
원자핵은 모두 양전하를 띠어 서로 밀어내지만, 아주 높은 온도와 압력에서는 그 벽을 넘어 강한 핵력으로 들러붙어요. 이때 생긴 핵의 질량은 처음 두 핵의 합보다 조금 가볍고, 그 차이가 아인슈타인의 E=mc²에 따라 에너지로 바뀌어요. 1920년 아서 에딩턴이 태양 에너지원으로 수소 융합을 제안했고, 1939년 한스 베테가 별 속 융합 반응 경로를 계산해 노벨상을 받았어요. 태양 중심은 약 1,500만 ℃이지만 엄청난 중력 압력 덕분에 융합이 일어나요. 철보다 무거운 원소는 주로 초신성 폭발과 중성자별 충돌에서 만들어져요.
지상에서 별 만들기
지상에는 태양 같은 중력이 없어서 온도를 1억 ℃ 이상으로 높여야 해요. 이 뜨거운 플라스마를 가두는 방법은 크게 두 가지예요. 1950년대 소련이 개발한 도넛 모양의 '토카막'은 강한 자기장으로 플라스마를 띄워 가두고, 미국 국립점화시설(NIF)은 레이저 192개로 연료 알갱이를 순간 압축하는 '관성 가둠' 방식을 써요. 2022년 12월 NIF는 레이저가 넣은 에너지(2.05MJ)보다 많은 3.15MJ를 얻어 처음으로 '점화'에 성공했어요. 한국의 초전도 토카막 KSTAR(일명 한국형 인공태양)는 2024년 1억 ℃ 플라스마를 48초 동안 유지하는 기록을 세웠어요.
핵융합 발전의 과제
핵융합 연료인 중수소는 바닷물에서 얻을 수 있고, 반응 후 이산화탄소가 나오지 않으며, 원자력발전(핵분열)과 달리 연쇄반응 폭주 위험과 고준위 폐기물이 적어 탄소중립 시대의 '꿈의 에너지'로 불려요. 그러나 NIF 점화도 레이저 장치 전체가 쓴 전력에는 한참 못 미치고, 중성자에 견디는 재료, 희귀한 삼중수소 자급 등 과제가 남아 있어요. 한국·EU·미국·중국 등 7개 회원국이 프랑스에 짓는 국제핵융합실험로 ITER는 2024년 일정을 재조정해 2034년 운전 개시, 2039년 본격 중수소-삼중수소 실험을 목표로 하고, 민간 스타트업들도 2030년대 실증로를 내세우고 있어요.
자주 묻는 질문
- 핵융합과 핵분열(원자력발전)은 무엇이 다른가요?
- 핵분열은 우라늄 같은 무거운 핵이 쪼개지며 에너지를 내고, 핵융합은 가벼운 핵이 합쳐지며 에너지를 내요. 핵융합은 연쇄반응 폭주가 없고 장수명 방사성 폐기물이 훨씬 적어요.
- 핵융합 발전은 언제쯤 상용화되나요?
- 전문가 전망은 엇갈리지만 공공 로드맵은 대체로 2050년 무렵 전력망 공급을 목표로 해요. 일부 민간 기업은 2030년대를 내세우지만 검증이 더 필요해요.
출처 검토일: 2026-10-26
참고문헌
- Bethe, H. A. (1939). Energy production in stars. Physical Review, 55(5), 434–456.
- Abu-Shawareb, H., et al. (Indirect Drive ICF Collaboration) (2024). Achievement of target gain larger than unity in an inertial fusion experiment. Physical Review Letters, 132, 065102.
- ITER Organization (2024). ITER Research Plan and baseline update. iter.org.