20세기 최대의 과학스캔들 '상온핵융합'을 미해군이 재검토

A homemade IEC fusion reactor. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Homemade_fusion_reactor.JPG

실온 환경에서 핵융합을 일으킨다는 '상온핵융합'은 그동안 '실험에 성공했다'는 보고가 일부 존재했지만 모두 재현성이 낮아 과학적으로 부정되어 왔습니다. 그럼에도 불구하고 지금까지 이루어져 온 상온핵융합 연구를 미해군이 재검토 중이라고 미국의 전기정보공학 연구단체의 학회지 'IEEE Spectrum'이 보도했습니다.

Whether Cold Fusion or Low-Energy Nuclear Reactions, U.S. Navy Researchers Reopen Case - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/energy/nuclear/cold-fusion-or-low-energy-nuclear-reactions-us-navy-researchers-reopen-case

Whether Cold Fusion or Low-Energy Nuclear Reactions, U.S. Navy Researchers Reopen Case

상온핵융합의 연구를 하는 곳은, 인디언헤드 미해군 해상전투센터(NSWC IHD)의 과학자들로 구성된 연구팀입니다. NSWC IHD 연구팀은 육군과 미국국립과학기술연구소의 그룹과 함께 상온핵융합의 존재 여부를 포함해 지금까지의 연구를 검증하고 있다는 것.

핵융합은 수소와 같은 가벼운 원자를 융합시켜 보다 무거운 원자로 변화시키는 것입니다. 예를 들어 양성자 1개, 중성자 1개, 전자 하나로 구성된 중수소 원자와 양성자 1개, 중성자 2개, 전자 하나로 구성된 삼중 수소원자를 서로 충돌시켜 핵융합 반응을 일으키는 경우에는 양성자 2개, 중성자 2개, 전자 2개의 헬륨이 생기고 동시에 막대한 에너지가 방출됩니다.

deuterium-tritium fusion diagram. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Deuterium-tritium_fusion.svg

핵융합은 연쇄적으로 반응하는 핵분열과 달리, 원리적으로 폭주하지 않는 구조로 되어 있어서 안전성이 비교적 높은 것으로 선전되고 있습니다. 그러나 핵융합 반응을 연속적으로 일으키기 위해서는 1억도 이상의 고온과 고압이 요구되는 것 외에도 매우 강력한 초전도 자석과 반응에 의해 방출되는 고속중성자에 견딜 수 있는 시설이 필요하여서 현재까지 실용화 단계에는 이르지 못했습니다.

그런 핵융합 반응이 '실온 환경에서 간단한 장비를 사용하여 만들 수 있었다'고 Southampton대학의 화학자인 마틴 플라이슈만 씨와 유타대학의 화학자인 스탠리 폰즈 씨가 1989년에 발표했습니다. 두 사람은 팔라듐과 백금 전극을 중수가 담긴 용기에 넣고 전류를 흘린 결과, 과도한 열과 중성자선이 검출되었다고 주장했습니다.

고온 · 고압 환경이 필요한 핵융합 반응이 실온 환경에서 확인할 수 있다는 보고는 전 세계에 큰 충격을 주었고 많은 과학자가 추가시험을 실시했습니다. 그러나 상온핵융합의 존재를 유의하게 뒷받침할 정도의 재현이 이루어진 사례는 보고되지 않았고, 거기에 더해 플라이슈만과 폰즈의 실험이 신뢰할 수 없는 방법으로 행해진 것이 분명해져 두 사람의 보고가 정확하다고 말할 수 없다고 결론이 내려졌습니다. 이에 플라이슈만과 폰즈의 보고로 시작된 상온핵융합은 '20세기 최대의 과학스캔들'로 불리게 되었습니다.

플라이슈만과 폰즈의 보고가 부정되면서 상온핵융합의 존재는 과학자 대부분에게 회의적으로 취급되고 있는 와중에도 상온핵융합 연구를 계속해 온 연구자들은 있습니다.

예를 들어, Google의 연구팀이 매사추세츠 공과대학, 브리티시 컬럼비아대학, 로렌스버클리국립연구소의 연구자와 공동으로 'Revisiting the cold case of cold fusion(저온핵융합이라는 미해결 문제를 재고)'이라는 타이틀의 논문을 2019년에 학술지 Nature에 발표했습니다.

이 논문에서 Google의 연구팀은 2015년부터 5년간 1000만 달러를 상온핵융합 연구에 지출한 것으로 나타났습니다. 또한 연구결과, 플라이슈만과 폰즈의 보고를 뒷받침하는 증거는 발견되지 않았지만 '상온 환경에서도 금속이 국소적으로 고온이 되어 상온핵융합이 일어날 가능성'을 발견했다고 합니다.

NSWC IHD의 선임연구원인 칼 고츠머 씨에 따르면, 이 Google의 논문 발표 이후 상온핵융합 연구가 NSWC IHD에서 본격적으로 시작되었다고 합니다. 고츠머 씨는 "솔직히 상온핵융합을 오랫동안 연구해 온 다른 연구자는 상온핵융합에 발을 들이면 경력이 끝난다고 충고했습니다. 그러나 NSWC IHD가 정부의 연구시설인 이상, 과학적인 성과를 기대할 수 있다면, 논란의 중심에 있는 테마를 추구할 자유가 있다고 생각했습니다"라고 말합니다.

연구팀은 지난 30년 동안 쌓아온 상온핵융합에 대한 문헌과 자료를 조사 · 분석하여 실험에 적합한 금속이나 실험장치의 공통점을 찾아가고 있습니다. 빠르면 2021년 내에 첫 번째 연구결과를 발표하고 싶다고 연구팀은 말합니다.

고츠머 씨는 "가장 중요한 것은 개별 현상의 메커니즘을 밝히는 것입니다. 메커니즘이 밝혀지면 더 정확한 실험이 가능하며 재현성이 높은 실험이 가능합니다"라고 말합니다. 바하므 씨는 "우리가 모은 두뇌집단에서 좋은 분석결과를 얻을 수 있기를 기대하고 있습니다"라고 포부를 밝힙니다.