핵융합은 인류의 새로운 에너지원으로 기대되는 기술로서 미국 일본 소련 등 선진국은 야심적인 연구사업을 벌이고 있다. 그 중 최근 주목을 받는 것이 레이저 핵융합. 레이저로 불을 당겨 핵융합 반응을 일으켜 막대한 양의 전기를 얻고자 하는 이기술은 그 실현가능성을 과학적으로 실증하는 단계에 와있다.
핵융합이란 두 원자의 핵이 결합되어 보다 무거운 또 다른 원소의 핵을 만들어 내면서 이때 질량의 일부가 엄청난 양의 에너지로 바뀌는 현상이다. 태양이 2천만ºK의 중심온도를 유지하는 원천이 핵융합이며 수소폭탄도 그 원리를 이용한 것이다.
현재 연구에 쓰이는 핵융합의 연료는 중수소(D:Deutrium)와 3중수소(T:Tritium)이며 핵융합이 일어나는 1억℃이상의 온도에서는 원자가 원자핵(이온)과 전자로 나뉘어 '플라즈마'상태로 된다.
레이저 핵융합의 특징은 '플라즈마'연료를 가두는 데 기존의 전자기장 대신 레이저나 입자빔을 통한 관성력을 이용한다는 것이다. 그 원리를 살펴보자.
우선 중수소·3중수소(D·T)연료를 유리로 만든 작은공(연료공) 속에 가둬놓고 여기에 수 조(兆) W의 강력한 레이저를 쪼인다. 연료공의 표면이 가열되어 고온의 '플라즈마'가 생성되면 이것이 바깥으로 맹렬하게 팽창한다. 이때 연료공 내부의 D.T연료는 팽창의반작용으로 1백~1천배 압축되어 온도가 1억℃까지 올라간다. 핵융합 반응이 점화되는 온도가 된 것이다. 반응은 1백억 분의 1초만에 급속히 끝난다. 실제로는 이런 방식으로 직경 수mm의 연료공을 차례로 반응시켜 얻은 에너지를 열의 형태로 거두어 들여 발전을 하게 된다.
출력57조W인 세계 최대의 핵융합 레이저 '노바'
핵융합에 쓰이는 레이저의 매체는 CO₂ 네오디뮴(Nd)·유리, 크립톤 플로라이드(KrF)등이다. 레이저 핵융합이 가장 활발히연구되고 있는 미국의 경우 '로스알라모스'국립연구소에 있는 '안타레스'가 CO₂레이저이고 금년 중반에 계획이 착수될 같은 곳의 '폴라리스'가 KrF레이저인 것을 제외하면 나머지 레이저는 모두 Nd·유리형이다.
핵융합 레이저 중 세계에서 가장 강력한 것은 미국 '로렌스 리버모아' 국립연구소의 '노바'로서 1억7천6백만 달러를 들여 1978년부터 계획이 시작되었으며 현재 10개의 레이저 발진기 중 8개가 가동하고 있다. 기종은 Nd·유리형으로 파장1. 05㎛에서 57조W의 출력을 낸다.
레이저 핵융합이 선진국에서 정부의 재정지원을 받아 수행되는 것은 이 기술이 핵무기 개발과 직접 연결되기 때문이다. 그러나 이점에서 상업적인 동력원으로서는 신뢰성이 떨어진다는 의견도 있다. 또한 대부분의 레이저 핵융합 연구가 군사연구로서 세부기술이 비밀로 되어 있기 때문에 핵심기술은 선진국에 의해 독점되어 있으며 그 나라 내에서도 일반 과학자들의 참여와 협조가 미비해 대중적인 에너지원으로 활용하는데 장애가 된다는 지적도 나오고 있다.
그러나 레이저를 이용한 핵융합이 인류에게 새로운 태양을 선사해 줄지도 모르는 미래기술이라는데 이견은 없는 것같다.
