토카막 탄생 유래ㅣITER 프로젝트, 핵융합 연구 시작

소련의 핵융합 연구 시작 배경

핵융합 연구는 20세기 중반에 들어 본격적으로 시작되었으며, 특히 소련이 이 분야에서 선구적인 역할을 했습니다. 제2차 세계대전 후, 소련은 미국과의 과학 기술 경쟁에서 앞서기 위해 다양한 첨단 기술 연구에 집중하였고, 그중 하나가 핵융합이었습니다. 핵융합은 무한한 에너지를 제공할 수 있는 가능성을 지닌 기술로 평가되었고, 소련은 이를 통해 에너지 자립을 이루고자 했습니다.

 

1950년대 초, 소련의 두 물리학자 안드레이 사하로프(Andrei Sakharov)와 이고리 탐(Lev Artsimovich)는 플라즈마를 강한 자기장으로 가두는 방법을 고안했습니다. 이들은 고온 플라즈마를 안정적으로 유지하기 위한 방법으로 토카막(Tokamak)을 제안했습니다.

토카막은 "토로이드형 자기장으로 플라즈마를 가두는 장치"를 의미하는 러시아어 약어인 "Токамак"에서 유래되었습니다. 여기서 '토로이드'는 도넛 형태를 말하며, 플라즈마를 이러한 형태로 감싸 자기장으로 유지하는 방식을 설명합니다.

 

토카막의 탄생과 이름의 기원

토카막이라는 이름은 러시아어 '토카망(Токамак)'의 약자로, ‘тороидальная камера с магнитными катушками’의 줄임말입니다. 이를 영어로 번역하면 'Toroidal Chamber with Magnetic Coils', 즉, "자기 코일이 있는 토로이드형 챔버"라는 의미입니다. 이 용어는 플라즈마를 안정적으로 가둘 수 있는 장치의 형태를 설명하는데, 이는 도넛 모양의 챔버에서 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 방식을 기반으로 합니다.

 

안드레이 사하로프와 이고리 탐은 플라즈마를 안정적으로 유지하기 위해 자기장 안에 플라즈마를 가두는 방식을 고안했으며, 이를 통해 최초의 토카막 장치인 T-1을 개발했습니다. T-1은 1958년에 가동되었고, 이를 통해 핵융합 반응을 위한 고온 플라즈마 생성이 가능함을 입증했습니다.

 

토카막의 기술적 진보와 국제적 협력

토카막의 개발 이후, 소련은 이 기술을 더욱 발전시키기 위해 여러 후속 모델을 개발했습니다. 이러한 기술적 진보는 세계 여러 나라의 관심을 끌었고, 1960년대 후반에는 영국과 미국도 토카막 연구에 동참하게 되었습니다. 특히 1968년, 소련의 T-3 토카막이 핵융합 플라즈마를 안정적으로 가둘 수 있는 기술적 성과를 발표하면서, 국제적인 관심이 집중되었습니다.

 

이후, 전 세계 여러 나라가 토카막 기술을 기반으로 핵융합 연구에 참여하기 시작했습니다. 이는 국제적인 협력으로 이어져, 현재 ITER(국제열핵융합실험로) 프로젝트와 같은 대규모 다국적 핵융합 연구로 발전했습니다.

 

ITER는 토카막 기술을 바탕으로 한 세계 최대의 핵융합 실험 장치로, 핵융합을 통해 안전하고 지속 가능한 에너지를 생성하는 것을 목표로 하고 있습니다.

 

토카막 개발 성과와 핵융합 발전 전망

소련의 토카막 개발은 현대 핵융합 연구의 초석을 마련하며, 플라즈마를 안정적으로 가둘 수 있는 기반 기술을 제공했습니다. 이러한 연구는 현재 전 세계에서 활발히 이어지고 있으며, 핵융합 에너지의 상용화에 대한 실질적인 성과를 내고 있습니다.

 

현재 핵융합 연구의 중심에는 ITER 프로젝트가 있습니다. ITER는 프랑스 남부 카다라슈에 건설 중인 세계 최대의 토카막 시설로, 전 세계 35개국이 참여하는 다국적 연합 프로젝트입니다.

 

이 프로젝트의 목적은 핵융합이 대규모, 탄소 배출이 없는 에너지원으로서의 가능성을 입증하는 것입니다. ITER는 2025년까지 플라즈마의 전 거동을 파악하기 위해 300초 동안 가동하고, 2035년 500MW 열출력을 내는 실증로 건설, 2050년 상용화 등을 목표로 하고 있습니다.

 

미국의 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소는 고온 플라즈마와 관련된 실험을 통해 핵융합 에너지의 경제성과 안전성을 높이는 데 중점을 두고 있습니다. 영국의 컬럼비아 대학 핵융합 연구소는 ITER와의 협력을 통해 핵융합 장치의 최적화와 효율성 향상을 연구하고 있습니다. 한국은 ITER 조립 및 설계에 핵심 기술을 기여하고 있으며, 특히 한국산 핵융합 장치인 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)의 경험을 토대로 ITER의 플라즈마 제어 및 열처리 기술에 기여하고 있습니다.

결국, 소련의 초기 연구는 오늘날의 핵융합 발전 기술의 기반이 되었으며, 다양한 연구소와 기업의 협력으로 상업적 핵융합 발전의 실현 가능성이 점점 더 높아지고 있습니다. 이 기술이 상용화되면, 전 세계적으로 에너지 문제를 해결하는 데 큰 기여를 할 것입니다.