로런스 리버모어 국립연구소 산하 국립점화시설(NIF).

미국 연구진이 레이저를 이용한 핵융합 실험으로 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 재현하는 데 한 걸음 더 다가섰다.

미국 로런스 리버모어 국립연구소 산하 국립점화시설(NIF) 과학자들은 레이저 빔을 이용해 수소연료 알갱이를 가열·압축하는 과정에서 연료가 흡수한 에너지보다 더 많은 에너지를 방출시키는 데에 성공했다고 네이처지에 발표했다.

방출 에너지가 흡수 에너지보다 많다는 것은 핵융합 반응이 스스로 지속될 수 있도록 하는 ‘점화’ 단계에 근접했음을 의미하는 것이다.

연구진은 핵융합이 일어나는 태양의 중심부와 유사한 조건을 만들기 위해 금으로 만든 작은 알약 크기의 원통(hohlraum)과 레이저를 이용했다.

빈 원통 안쪽 면에는 중수소와 삼중수소 등 핵융합 연료가 되는 수소 동위원소를 얇게 코팅하고, 레이저 빔 192개를 원통 양끝 구멍으로 쏘아 보내 원통 안의 온도와 압력을 태양과 비슷하거나 더 높은 수준으로 끌어올렸다.

이를 통해 10만분의 7초 정도로 아주 찰나의 순간이지만 태양 중심부보다 더 고온·고압의 플라스마 상태를 만들어낼 수 있었다.

핵융합이 자동으로 지속되는 ‘점화’ 단계에 이르려면 첫 융합반응으로 생성된 에너지가 또 다른 핵융합을 일으킬 수 있는 수준에 도달해야 하는데, 공급 에너지보다 방출 에너지가 많다는 것은 이런 목표에 더 가까워졌음을 뜻한다.

다만 이번 실험이 점화단계에 이르지 못한 것은 레이저를 통해 공급된 에너지 가운데 1%만 연료에 전달되는 등 ‘비효율성’ 때문이었다고 연구진은 설명했다.

핵융합은 초고온·고압상태에서 두 개의 가벼운 원자가 충돌해 하나의 무거운 핵을 형성하는 것으로 반응과정에서 많은 양의 에너지를 방출하게 된다. 태양 등 별에서 나오는 에너지의 근원이기도 하다.

핵융합 에너지는 원료가 무궁무진하고 반응과정에서 폭발위험이나 탄소배출이 거의 없고 폐기물도 화석연료나 원자력 에너지보다 훨씬 적어 미래 청정 에너지원으로 기대를 모으고 있다.