핵융합의 세계

[白山]

핵융합의 세계

상온에서 핵융합이 일어난다면?

KSTAR나 ITER 등의 토카막 장치에서 핵융합반응은 1억℃ 이상의 초고온 플라스마 상태에서 일어난다.

그런데 우리가 생활하기 편한 온도, 즉 20℃ 정도에서 핵융합반응을 일으키는 방법은 없을까?

만약 이런 상온핵융합이 가능하다면 무궁무진한 재료와 지속가능한 깨끗한 에너지를 얼마든지 만들어 쓸 수 있지 않을까?

1989년 3월 23일, 미국의 유타대학교의 스탠리 폰즈와 영국 사우샘프턴대학교의 마틴 프라이슈만이 상온핵융합 실험에

성공했다고 전 세계 언론에 발표했다.

이들은 상온핵융합을 ‘저온핵융합(cold fusion)¹⁾’이라고 표현했다.

1억℃라는 어마어마한 온도와 비교하면 상온에서 핵융합반응이 일어난다는 것은 충격 그 자체였다.

언론에 공개된 폰즈와 프라이슈만의 실험 장치는 너무나 간단했다.

중수 (D₂O)²⁾가 담긴 비커, 팔라듐과 백금, 리튬이 전부였으며 실험 원리도 간단하기 그지없었다.

팔라듐이라는 원소는 엄청난 양의 수소를 흡수할 수 있는 능력을 가지고 있다.

이런 팔라듐에 전류를 계속 흘려주면 중수에 들어 있던 중수소가 팔라듐 속에 쌓이고, 팔라듐 결정격자 안에서 압력이

급격하게 증가해 핵융합반응이 일어난다는 것이다.

프라이슈만과 폰즈 실험에 사용된 전기분해 장치의 모식도

그동안 핵융합반응이 토카막 장치에서나 가능할 것으로 생각했던 과학자들은 흥분하기 시작했다.

많은 과학자들이 팔라듐으로 재현 실험을 해보고 싶어 했다.

폰즈와 프라이슈만이 발표한 상온핵융합이 과연 정말 핵융합반응이라고 할 수 있는지 검증하고자 한 것이다.

이 때문에 팔라듐 가격이 갑자기 20%나 오르는 기현상을 일으키기도 했다.

그러나 많은 재현 실험에서 핵융합반응의 확실한 증거인 ‘과잉열’과 ‘중성자 방사선’에 대한 실험치가 일정하게 얻어지지

않았고, 이론적으로 팔라듐 결정격자 안에서 발생한 압력으로는 핵융합반응이 일어날 수 없다는 계산이 나왔다.

이후에도 상온핵융합에 대한 격렬한 논쟁이 계속 있었지만, 폰즈와 프라이슈만의 실험은 결국 과학계에서 인정받지 못한

채 끝이 났다. 상온핵융합에 대한 흥분과 충격은 결국 해프닝으로 끝나고 말았다.

2009년 3월 23일, 팔라듐 상온핵융합 실험에 성공했다는 발표가 난 지 정확히 20년이 되는 날이었다.

이날 상온핵융합 실험이 성공했다는 주장이 나와 과학계는 또다시 상온핵융합 논쟁에 휩싸였다.

미국 해군의 파멜라 모지어-보스 박사팀은 상온핵융합이 일어날 때 생긴 고에너지 중성자가 특수 플라스틱에 남긴 흔적을

발견했다고 미국화학회 237차 모임에서 발표했다.

모지어-보스 박사는 염화팔라듐 중수 용액에 니켈과 금으로 된 전극을 꽂은 뒤 전류를 흘렸다.

그 결과 중수가 분해되면서 중수소와 산소가 발생했다.

만일 이 과정에서 핵융합이 일어난다면 중수소핵이 융합할 때 고에너지의 중성자가 나와야 한다.

연구자들은 CR-39라는 특수 플라스틱을 써서 고에너지 중성자의 존재를 간접적으로 입증했다고 밝혔다.

즉 중성자가 플라스틱 표면을 때려 플라스틱을 이루는 원소가 소립자로 쪼개져 방출되면서 남긴 흔적을 현미경으로

포착했다는 것이다.

핵융합으로 생긴 고에너지 입자가 CR-39 플라스틱에 충돌해 소립자가 방출되면서 남긴 궤적. 상온에서 핵융합이 일어나 중성자가 발생했다는 증거이다.

모지어-보스 박사는 “상온핵융합 결과를 발표하면 사람들은 늘 ‘중성자는 어디 있느냐?’고 묻곤 했다”며 “여기 그 증거를

제시한다”고 말했다.

최초 상온핵융합 실험 해프닝 20주년을 기념해 마련된 237차 모임에서는 모지어-보스 박사팀의 결과 외에도

30여 편의 관련 논문이 발표되면서 상온핵융합에 대한 꿈이 깨지지 않고 있음이 드러났다.

이처럼 세계적으로 유명한 학자는 물론 여러 연구소에서 상온핵융합의 가능성을 계속 연구하고 있다.

물론 상온핵융합이 당장은 실현되기는 어려워 보이지만 앞으로 세계의 핵융합연구는 두 방향으로 나아갈 것이다.

하나는 ITER를 비롯한 토카막 장치를 발전시켜 핵융합발전을 실용화하는 방향이고,

또 하나는 상온핵융합의 꿈을 포기하지 않고 새로운 방법을 찾아 연구를 계속하는 방향이다.

상온핵융합의 매력이 워낙 크기 때문이다.

각주

1 저온핵융합(cold fusion): 핵융합반응에 뜨거운(hot) 온도가 필요하다는 것에 대응하여 붙인 이름이다.      

2 중수(D₂O): 중수소와 산소가 결합된 물을 말한다.

출처

핵융합의 세계 : 인류가 원하는 미래에너지, 2015. 3. 31. 표제어 전체보기

부록을 포함해 8개의 챕터로 구성된 국가핵융합연구소의 『핵융합의 세계』는 현재 에너지원의 한계에서부터

시작해 환경을 오염시키지 않으면서 지속가능한 에너지로 새롭게 떠오르는 핵...자세히보기

저자/제공처

국가핵융합연구소

이 책은 국가핵융합연구소 소속 연구원 3명이 참여해 집필했다. 참여한 연구원으로는 현재 핵융합연구소의

케이스타 건설, 운영에 참여하고 있는 권면 박사, 핵융합 플라스마의 상태...자세히보기

[네이버 지식백과] 상온에서 핵융합이 일어난다면? (핵융합의 세계, 2015. 3. 31., 국가핵융합연구소)