지구상에 없는 핵융합 연료! 자체 생산 가능?!
핵융합 발전을 실현하기 위해서는 연료인 삼중수소의 안정적인 수급이 필수적입니다. 자연계에 거의 존재하지 않는 삼중수소를 핵융합로 내부에서 직접 생산하기 위해 고안된 장치가 바로 증식 블랭킷입니다. 이 장치는 핵융합 반응 과정에서 발생하는 고속 중성자와 반응하여 삼중수소를 증식시키는 동시에, 중성자의 운동 에너지를 열에너지로 변환하여 전력을 생산할 수 있게 돕는 핵심 기술입니다. 증식 블랭킷은 플라즈마로부터 유입된 중성자를 활용하여 핵융합의 연료 사이클을 완성하는 중요한 역할을 수행합니다. 증식 블랭킷의 뼈대를 이루는 구조재는 강력한 중성자 조사와 고온 환경에서도 물성이 변하지 않고 견뎌야 합니다. 특히 핵폐기물을 최소화하기 위해 방사화 정도를 의도적으로 낮춘 저방사화 철강이 사용됩니다. 한국은 후발 주자였음에도 불구하고 2014년 독자적인 저방사화 철강인 '아라(ARA)' 개발에 성공했습니다. 아라는 고온에서의 충격 저항성과 중성자에 대한 내구성이 매우 뛰어나 핵융합 환경에 최적화된 소재로 평가받으며, 해외 기술에 의존하지 않는 독자적인 기술력을 확보하는 계기가 되었습니다. 삼중수소를 생산하는 핵심 소재는 리튬을 기반으로 한 증식제입니다. 천연 리튬에는 삼중수소 생산에 유리한 리튬-6가 소량만 포함되어 있어, 이를 70%에서 90%까지 고농축하는 기술이 필수적입니다. 연구진은 리튬-6를 효율적으로 분리하고 농축하여 삼중수소 증식제의 원료인 리튬티타네이트 파우더를 합성하는 데 집중하고 있습니다. 이는 핵융합로 가동에 필요한 연료를 스스로 조달하기 위한 전략적 기술 확보의 일환으로, 각국이 전략 물자로 관리하는 소재 분야에서 기술 주권을 갖추기 위한 핵심적인 과정입니다. 농축된 리튬 원료는 효율적인 삼중수소 회수를 위해 직경 약 1mm의 작은 구슬 형태인 페블로 제조됩니다. 이 크기는 중성자와의 반응 효율을 극대화하면서 생성된 삼중수소를 외부로 원활하게 배출하기에 가장 적합한 규격입니다. 초기에는 연구진이 직접 제조했으나, 대량 생산을 위해 국내 산업체와 협력하여 자동화 공정 장비를 개발하는 데 성공했습니다. 정교한 구형 형상과 일정한 압축 강도를 유지하는 기술력은 증식 블랭킷의 장기적인 안정성과 성능을 결정짓는 제조 기술의 정수로 손꼽히고 있습니다. 한국에서 개발한 리튬 페블은 국제적인 성능 비교 평가인 라운드 로빈 테스트에서 세계 최고 수준의 우수성을 입증했습니다. 여러 국가의 연구진이 참여한 교차 검증에서 한국의 소재가 가장 뛰어난 강도와 물성을 보여준 것은 매우 고무적인 성과입니다. 향후 과제는 리튬 농축 효율을 더 개선하고, 실제 중성자 조사 환경에서 삼중수소 증식 성능을 정밀하게 측정할 수 있는 국내 연구 인프라를 확충하는 것입니다. 우수한 소재 기술력이 바탕이 된다면 인공태양을 통한 무한한 에너지 시대는 머지않아 현실이 될 것입니다.
