미·일 연구팀이 ‘방사성 물질을 사용하지 않는 혁신적인 핵융합 기술’ 테스트에 성공

수소나 헬륨과 같은 가벼운 핵종이 융합하여 더욱 무거운 핵종이 되는 것을 핵융합 반응이라 부르며 이 반응에 의해 방출되는 핵융합 에너지를 이용한 핵융합발전은 기존의 발전방식을 대체하는 깨끗하고 효율적인 발전방식이 될 것으로 기대되고 있습니다. 최근 미국의 핵융합발전기술개발기업인 TAE Technologies와 일본의 핵융합과학연구소(NIFS)가 수소와 붕소를 사용한 혁신적인 핵융합기술 테스트에 성공했다고 보고했습니다.

First measurements of p11B fusion in a magnetically confined plasma | Nature Communications
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36655-1

First measurements of hydrogen-boron fusion in a magnetically confined fusion plasma
https://phys.org/news/2023-02-hydrogen-boron-fusion-magnetically-confined-plasma.html

First measurements of hydrogen-boron fusion in a magnetically confined fusion plasma

'100,000 years of power' | US-Japan team hails H2-boron plasma fusion breakthrough | Recharge
https://www.rechargenews.com/energy-transition/100-000-years-of-power-us-japan-team-hails-h2-boron-plasma-fusion-breakthrough/2-1-1411318

'100,000 years of power' | US-Japan team hails H2-boron plasma fusion breakthrough

핵융합 반응은 에너지 생성시에 핵폐기물이나 온실가스를 거의 생성하지 않는다는 특징을 가지고 있기 때문에 새로운 클린 에너지원으로 기대되고 있습니다. 현재 세계 각국에서 수십 개 이상의 팀이 핵융합발전의 실용화를 목표로 경쟁하고 있으며 주류는 수소와 삼중수소(트리튬)를 이용한 핵융합입니다. 그러나 트리튬은 방사능을 가진 방사성 동위원소인데 매우 희소하고 고가라는 단점이 있습니다.

그래서 TAE Technologies는 수소-트리튬 핵융합발전을 대체하는 방식으로 지구상에 풍부하게 존재하고 더욱 안전한 붕소를 사용한 수소-붕소 핵융합발전의 개발에 임하고 있습니다. 2021년에는 NIFS와 제휴하여 NIFS의 대형 헬리컬 장치(LHD)를 사용하여 수소-붕소 핵융합반응의 실험을 실시할 것이라고 발표했습니다.

이번에 미일 연구팀은 플라즈마를 가두기 위해 자기장을 이용한 자기장 가두기 방식을 사용하여 사상 최초의 수소-붕소 핵융합 반응의 테스트를 완료했다고 보고했습니다. 수소-붕소 핵융합 반응에서는 부산물로서 알파입자라는 헬륨의 원자핵이 방출됩니다. 연구팀은 이를 이용하여 커스텀 설계한 검출기를 이용하여 핵융합 반응에 수반되는 알파입자의 방출을 확인했다고 합니다.

TAE Technologies의 CEO인 Michl Binderbauer는 “이 실험은 우리에게 풍부한 데이터를 제공하고 수소-붕소가 실용 규모의 핵융합발전에 적합하다는 것을 보여줍니다. 우리는 물리적인 과제를 해결하고 이 비방사성이고 풍부한 연료(붕소)를 이용한 혁신적이고 새로운 형태의 탄소 프리 에너지를 세계에 제공할 수 있다고 확신하고 있다"고 말했습니다.

많은 핵융합발전 기업은 플라즈마를 가두기 위해 토카막형을 채용하는데 TAE Technologies는 역장 배열(FRC)이라는 방식을 채용하고 있습니다. 일반적인 토카막형에서는 사용하는 연료가 수소-트리튬으로 한정되어 버리지만 TAE Technologies가 채용하는 FRC는 범용성이 높고 수소-트리튬뿐만 아니라 수소-붕소나 트리튬 -헬륨 같은 조합에도 대응할 수 있다는 것. 또한 FRC는 토카막형에 비해 설치면적이 적어 최대 100배의 전력을 생성할 수 있을 가능성이 있다고 합니다.

TAE Technologies는 이번 연구결과를 통해 2030년대에 최초의 수소-붕소 핵융합발전로를 사용하여 전력을 공급하는 최종 목표를 향해 그때까지 기술 라이센스의 공여가 가능하게 되도록 노력할 예정이라고 합니다.