[사이언스 21]초전도 자석으로 만든 KSTAR?

　 인류의 마지막 에너지원은 무엇이 될까? 아마도 핵융합 반응을 이용한 ‘인공태양’이 될 가능성이 높다. 인공태양은 무궁무진하게 널려 있는 수소를 연료로 쓰기 때문에 에너지 고갈의 염려가 없고 환경오염이나 방사능 누출의 걱정도 없다.

우리나라도 지난해 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)를 자체 기술로 개발하는데 성공했다. 그리고 최근 영하 268도의 극저온 냉각 시운전에 성공해 국제적인 이슈가 됐다.

핵융합반응을 일으키기 위해서는 1억도 이상의 초고온 플라즈마가 필요하다. 그런데 이러한 장치를 영하 268도로 냉각한다는 건 무슨 뜻일까?

KSTAR는 초전도 자석 즉 어떤 종류의 금속이나 합금을 절대영도(0 K:－273℃) 가까이 냉각할 때 전기저항이 갑자기 소멸하여 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 이용한 자석을 가지고 핵융합 장치를 만들었다.

기존의 구리 전자석을 활용한 핵융합 장치는 전자석의 전기 저항 때문에 엄청난 열이 발생해 오랫동안 가동할 수 없었다. 그러나 KSTAR는 초전도 자석을 이용해 이러한 결점을 보완한 것이다. 그래서 KSTAR의 핵융합 장치는 “세상에서 가장 뜨거운 물질을 담는 세상에서 가장 차가운 그릇”으로 표현되기도 한다.

실제로 KSTAR에는 30개의 자석 모두가 초전도 자석으로 구성돼 있으며, 전체 무게는 300톤 가량이나 된다. 이 자석들을 이용해 운전온도를 영하 268도로 내리는데 약 한 달가량이 걸렸다고 한다.