◎꿈의 에너지 ‘핵융합’ 개발 눈앞 ‘2002년에는 한반도에서 또 하나의 태양이 솟는다’. 무인년의 새날을 알리는 동녘의 붉은 해를 바라보면서 앞으로 4년뒤 세계에서 가장 찬란히 빛나는 ‘인공태양’을 우리 손으로 재현해 내고야 말겠다고 두 주먹을 불끈 쥐는 사람이 있다. 국산 ‘차세대 초전도 핵융합장치’(KSRAR) 개발을 선도하고 있는 물리학자 이경수 박사(42·대덕 기초과학지원연구소 KSTAR 총괄연구책임자).95년 6월 핵융합에 필수적인 섭씨 2천만도짜리 대형 플라즈마발생장치 ‘한빛’(한민족의 빛)을 성공적으로 가동해 국제적인 주목을 받은 데 이어 현재는 이를 토대삼아 우리나라를 세계 정상의 핵융합기술 보유국 반열에 올려 놓은 ‘한국 과학계의 자존심’이다. 그가 2002년 선보일 ‘KSTAR’는 지금까지 나온 핵융합장치중 세계적으로 가장 앞선 기술로 설계됐다는 선진 전문가들의 찬사를 받으며 국제원자력기구(IAEA)가 2010년 완공하는 ‘국제 열 핵융합로’(ITER)의 유력모델로 꼽히고 있다. 80년 5·17이 터지면서 암울한 생각에젖어 서울대 대학원(물리학과)을 중도 포기하고 미국 유학길에 나선 그는 10년 넘게 핵물리학 연구에 정진한 끝에 마침내 과학자들이 최고의 영예로 여기는 MIT 교수직에 오른다.하지만 ‘한국에서 해야 할 일이 있다’는 생각은 한순간도 뇌리를 떠나지 않았다.그토록 소중한 MIT교수직을 과감히 내던진 것은 바로 ‘고국에서 해야 할 일’ 때문이었다. “80년대 중반 포항 방사성가속기를 만들 때 많은 사람들이 비웃었지요.무슨 쓸모가 있기에 그처럼 많은 돈을 퍼붓느냐며 김호길 박사가 돌았다고 욕하는 사람도 봤습니다.그럴 때면 김박사는 ‘노여워 하지 말자.다 걱정해서 하는 말들이니 걱정하는 대로 되지 않도록 노력해야지.신념과 의지로 밀고 나갈 수 밖에 없네’라고 되뇌곤 했지요”이박사는 과학기술이 미래 투자임을 묵묵히 실천한 고 김박사 같은 분이 있었기에 자신도 불모지나 다름없는 핵융합연구에 인생을 걸 수 있었다고 말한다. 이박사는 정답을 부인한다.‘정답보다 더 좋은 정답이 없을까,좀더 잘해볼 수 있는 다른 방법이 없을까’라는 생각없이 기존의 패러다임만을 받아들이는 사람은 미래가 없다고 믿는 까닭이다.과학은 새로운 것이며 그 추진력은 다름아닌 열망과 호기심이라는 게 그의 철학이다. 이박사는 요즘도 하루에 두차례씩 출근한다.집에서 식사한 뒤 아침,저녁 8시가 되면 어김없이 연구소에 나간 지가 어느덧 6년째.초등하교 5학년짜리 큰아들 승훈(12)이가 “저녁에도 출근하는 아빠”라며 볼멘소리를 해도 어찌할 도리가 없다. 그의 연구실 벽면 한쪽에는 빵떡모자 차림에 책을 안고 사색에 잠긴 채 프린스턴대 교정을 거니는 아인슈타인의 말년 모습이 대형 패널에 담겨 걸려있다.자신의 박사학위 지도교수이자 ‘핵융합의 황제’로 불리는 텍사스대학 로젠 블루스 박사가 “세계 최고가 되라“며 준 것이다. 그가 연구소에서 보내는 시간은 1주일에 60∼70시간.하루 평균 10시간 남짓을 아인슈타인과 함께 보내며 ‘또다른 아인슈타인’을 꿈꾸고 있는 것이다. “몇년전에 감사원에서 우수공직자상을 받은 적이 있어요.188신고센터라는 것이 있다는 데 나쁜 짓만 신고하는 것이 아니라 좋은 일도 신고하는 모양입니다.누군가 우리 연구소에 늘 불이 켜져 있을 만큼 열심히 일한다고 신고해서 졸지에 상을 받았지요” 세계적인 핵융합 전문가로 떠오른 이박사의 20년뒤의 꿈은 ‘소박’하다.손자의 손을 이끌고 와 ‘인공태양’을 보여주며 “이것이 할아버지 평생의 흔적이란다”고 말해 주고 싶다.

◎한국형 플라즈마 장치 ‘한빛’ 성공적 가동/2002년까지 최첨단 ‘토카막’ 개발 야심찬 계획/40년 먼저 시작한 미·일 등 따돌리고 연구 주도 국제무역기구(WTO)체제를 맞아 세계는 지금 치열한 적자생존의 전장이 되고 있다.과학기술이든 문화든 그 어느 한 분야에서 세계 으뜸이 되지 않고서는 내일을 기약할 수 없게 된 것이다. 자신이 수행하고 있는 일에 오로지 ‘세계 최고가 되겠다’는 일념으로,그리고 ‘세계 최고’라는 자존심으로 매진하고 있는 사람들.이들이 있기에 우리 앞날은 어둡지 않다.21세기 한국을 이끌어 나갈 각 분야 최고 수준의 인사를 연중 기획물로 소개한다. 95년 7월23일 미국을 방문중인 김영삼 대통령은 재미 한국인과학자들 앞에서 엄청난 과학기술 도전 계획을 발표했다. 한국이 2001년까지 핵융합 기술을 개발하겠다는 ‘꿈같은’ 얘기를 한 것이다. 핵융합은 태양열의 원리처럼 수소와 중수소의 원자핵이 하나로 융합할 때 나오는 에너지를 전기로 쓴다는 점에서 ‘인공태양’으로 불린다.핵분열을 이용한 원자력발전이나 화력발전과는 달리 방사능 누출 및 지구온난화의 위험이 전혀 없다.또 핵융합의 연료인 중수소는 바닷물에서 얼마든지 얻을 수 있다.바닷물 1㎥에는 30g 가량의 중수소가 들어 있는데 중수소 1g으로는 석유 50드럼의 에너지를 만들 수 있다. ○기반 조성에 온힘 선진국은 이같은 ‘꿈의 에너지’ 핵융합을 개발하기 위해 지난 40년간 수십억달러를 쏟아부었으나 기술적인 문제에 부딪혀 아직도 결실을 내지 못하고 있다.국제원자력기구(IAEA)주관 아래 미국·일본·러시아·유럽연합이 공동으로 2010년 1백50만㎾급의 ‘국제 열 핵융합 실험로’(ITER)를 건설한다는 계획을 세워 놓고 있을 따름이다. 당시의 상황이 이러했음에도 김대통령이 선진국에 10여년 앞서 핵융합기술을 개발하겠다고 자신있게 말할 수 있었던 데에는 나름대로 ‘믿는 대목’이 있었다. 다름 아닌 소장 물리학자 이경수 박사(42) 때문이다. 이박사는 일반인에게는 잘 알려져 있지 않지만 우리나라에 핵융합기술 개발의 가능성을 처음 열어준 인물이자,96년 6월 대형 플라즈마 발생장치인 ‘한빛’을 성공적으로 가동,미국 방문길의 대통령에게 자신감을 심어준 장본인이다. ‘한빛’의 성공적인 가동은 우리가 세계 규모의 핵융합연구에 나서는 신호탄으로,세계 핵융합전문가들의 비상한 관심을 모았다. “91년 MIT 교수 시절에 한국에서 핵융합 연구를 한다는 소리를 듣고 귀가 번쩍 띄었습니다.대학도 아닌 건물부지 뿐인 연구소에 뭣하러 가느냐고 만류도 심했지만 이 기회를 놓치면 한국은 영영 핵융합분야에서 낙오될 것이란 생각에서 짐을 챙겼지요” 이박사는 귀국하자마자 MIT핵융합센터의 론 파크 소장과 몽고메리 부소장에게 편지를 보내 86년에 3천만달러를 들여 완공한 플라즈마 발생장치인 ‘타라’를 달라고 졸랐다.당시 MIT핵융합센터는 예산문제로 핵융합장치인 토카막과 플라즈마 발생장치인 타라 가운데 토카막만 운영해야 하는 처지였다.이박사는 우리나라 실정에서는 곧바로 핵융합장치인토카막을 운영하기보다는 핵융합의 기반 운용기술을 확보할 수 있는 플라즈마 발생장치가 더 필요하다고 판단해 집요한 설득공세를 폈다.○빌려온 타라 개조 결국 MIT는 장기임대 형식으로 ‘타라’를 보내줬고,‘타라’는 3년간의 개조작업을 거쳐 완전히 새로운 기능을 지닌 ‘한빛’으로 탈바꿈했다.지금은 섭씨 2천만도의 플라즈마를 생산해 내고 있다. ‘한빛’은 95년 6월이후 2년6개월동안 3천차례나 가동됐지만 아직까지 단 한번도 바람이 샌 적이 없을 만큼 대성공작이란 평가를 얻고 있다.이 분야에서 가장 앞선다는 MIT나 프린스턴대학의 플라즈마 장치에서도 바람이 새는 것은 흔히 있는 일. 이박사는 96년부터 2단계 프로젝트인 ‘KSTAR’ 개발에 인생을 걸고 있다.‘KSTAR’는 토카막(핵융합환경인 초고온 플라즈마를 가둬두는 진공용기)에 100% 초전도 자석을 채용,섭씨 3억도에 이르는 플라즈마를 5분까지 가둬두는 세계 첫 차세대 핵융합장치.2002년까지 무려 1천5백억원이 투입될 예정이다.구리자석을 채용해 플라즈마 지속시간이 5∼10초에 불과한 미국·일본의 핵융합장치보다 성능이 30배 이상 뛰어나도록 설계됐다. 이박사는 96년 한해동안 이 기술과 관련한 논문 91편을 국내외학술지에 발표했다. ○학계서 논문 극찬 대표적인 논문은 토카막형 핵융합장치 안에 초고온의 플라즈마를 자기장하에서 밀폐할 때 갖혀진 이온들의 온도분포의 기울기에 따라 발생하는 난류현상에 대한 이론을 체계화한 것으로 핵융합분야에서 세계적으로 가장 많이 인용되고 있다.지난 6,12월 두차례에 걸쳐 ‘국제 열 핵융합 실험로’(ITER) 관계자 100여명이 참석한 가운데 열린 ‘KSTAR 중간평가회’에서 ITER 부소장인 일본 시모무라 박사는 “KSTAR는 최첨단 기술이 적용된 차세대 핵융합로로, ITER가 2002년 선보일 핵실험로의 모델로 손색이 없다”고 극찬했다. ◎핵융합 어떤 기술인가/섭씨 1억도 이상 초고온·초고압 상태 인공 조성/중수소·3중수소 강제융합 강력한 에너지 얻어/바닷물 1㎥서 석유 1,500드럼분 열량 방출 핵융합은 태양과 같은 초고온·초고압 상태에서 2개의 원자핵이 합쳐져 막대한 에너지를 지속적으로 발생시키는 현상.서로 붙기를 꺼리는 중수소와 3중수소의 핵이 강제로 융합되는 과정에서 생기는 질량결손분만큼 운동에너지가방출된다.이같은 핵반응 에너지를 이용한 것이 수소폭탄이고,이를 적절히 제어하면 핵융합에너지를 얻을 수 있다. 우선 핵융합을 하려면 최소한 지구 대기밀도의 1백만배 이상의 초고압과 섭씨 1억도 이상의 초고압 상태인 플라즈마를 발생시켜야 한다.플라즈마는 초고온 상황에서 원자가 양전기를 띤 핵과 음전기를 띤 전자로 나뉘어 기체·액체·고체도 아닌 제4의 물질상태로 되는 것을 말한다.이 때 원자핵과 전자는 제각기 흩어져 초속 수십㎞의 속도로 마구 날아 다니다가 원자핵끼리 고속으로 충돌하면 같은 전기적 성질 사이의 밀치는 힘을 이기고 핵들이 결합,막대한 에너지를 쏟아낸다.우리나라가 지난 95년 가동을 시작한 ‘한빛’도 바로 플라즈마 발생장치 가운데 하나다. 핵융합을 위해서는 또 초고온·초고압의 플라즈마를 한 곳에 오랫동안 가두어 두는 용기를 개발해야 한다.지금까지 가장 이상적인 핵융합 용기로 꼽히는 것은 ‘토카막’.‘토카막’은 ‘도넛 모양의 자기그릇’이란 러시아 말로 60년대 사하로프 박사가 처음 고안했다.토카막은자기장을 이용해 플라즈마의 전기적 성질을 감금한다.이 장치는 섭씨 1억도 이상의 온도에서 플라즈마를 1초이상만 유지해도 핵융합이 연쇄적으로 일어난다.

◎세계최고의 핵융합 연구장치 만든다/초전도 방식… 3억℃ 플라즈마 상태 5분 지속/2002년 국내 최초로 완공… 성능 기존의 30배/극한의 행융합 조건 실현·실험 연구장치로 이용 에너지 문제의 영원한 해결에 도전하는 한국의 야심작 「차세대 토카막 핵융합연구장치(KSTAR)」의 청사진이 확정됐다. 기초과학지원연구소(소장 최덕린)는 최근 연구 착수 1년 3개월만에 KSTAR의 개념 설계를 완료하고 연구소 대학 기업등의 관련 연구책임자 50여명이 참석한 가운데 포항가속기연구소에서 연구2차년도 중간진로 발표회를 가졌다. 한국이 오는 2002년까지 총 1천5백억원을 들여 완공할 KSTAR는 크기는 작지만 최초로 토카막(핵융합 환경인 초고온 플라즈마를 가둬두는 진공 용기)에 100% 초전도 자석을 채용한 차세대형일 뿐만 아니라 3억℃에 달하는 플라즈마 지속시간을 최대 5분까지로 설정함으로써 기존 장치의 30배 이상 성능을 내도록 확정됐다. 사실상 핵융합은 인공 태양을 재현하는 것과 같아 고도의 극한장치가 필요하다.원료인 수소,중수소를 가열하는 가열장치,수억도의 고온 플라즈마 상태에서 수소와 중수소가 서로 부딪쳐 헬륨을 만들어 내면서 질량 결손만큼 에너지를 산출하는 과정을 견뎌낼 수 있는 토카막 용기,장치가 과열 파손되지 않도록 식혀주는 냉각장치 등이 대표적인 것들이다. KSTAR는 직접 핵융합을 일으키진 않지만 극한의 핵융합 조건을 실현하고 실험하는 연구장치로 현재 국제 열핵융합연구(ITER) 그룹이 2010년을 목표로 추진하고 있는 실증로 이전,최고 수준급의 장치가 될 것이란게 연구진의 설명이다. 우선,초전도 토카막은 전기 저항이 없어 높은 전압을 걸어줘도 열을 받지 않으므로 그만큼 냉각 등의 조건이 좋아진다.지금까지 「빅3」로 불리는 미국,일본,유럽의 토카막은 상전도 구리자석으로 높은 자장을 걸어준 뒤 그 안에 플라즈마를 가둬놓는 방식을 택했다.그때문에 과열 방지를 위해 밀폐시간이 불과 5초∼10초 정도에 불과했다. 하지만 KSTAR는 초전도 방식을 채택,플라즈마 상태를 300초까지 지속시킬 작정이다.플라즈마 지속시간은 핵융합 실용화의 3대 관건중 하나인 「자기점화」를 실현할수 있는 중요 조건이다.핵융합 전문가들은 외부에너지 공급없이 스스로 핵융합을 일으키는 상태인 「자기점화」상태를 만들기 위해서는 수억도의 플라즈마 상태가 1천초는 유지돼야 할 것으로 보고 있으며 KSTAR의 300초는 이를 연구할 수 있는 적정 시간이라는 설명이다. KSTAR의 토카막을 둘러쌀 초전도 자석의 규격도 확정됐다.도너츠 모양의 링은 주반경 1.8m,부반경 0.5m 크기,이에 걸어줄 초전도자석의 자장은 지구 자장강도의 7만배 크기인 3.5테슬러,플라즈마 전류는 2백만 암페어 규모로 결정됐다.플라즈마 원료로는 방사능이 나오는 동위원소인 삼중수소는 배제하고 수소와 중수소의 안정성 동위원소만을 사용하도록 했다. KSTAR프로젝트 총괄연구책임자인 이경수 박사는 특히 초전도 자석 선재로서 ITER의 표준규격을 사용키로 했음을 강조한다.스테인레스 스틸 강관속에 480가닥의 초전도 선재가 촘촘히 들어가도록 돼 있는 이 규격은 ITER가 그동안 3억달러를 들여 개발한 것이다.『KSTAR는 3억달러짜리 연구결과를 무료로 인수한거나마찬가지』란 설명이다.더욱이 이는 앞으로 ITER가 98년 이후 실제 장치 제작에 들어갈 때 우리 업체가 제작업체로서 참여 자격을 가질수 있는 중요한 경력이 될 것이란 얘기다. 핵융합의 미래에 대한 회의론도 만만치 않지만 한국은 이제 세계 주요 핵융합 연구국가로서 책임있는 길에 접어든 것이 분명하다.이박사는 『미국 일본 유럽 러시아로 이뤄져 있는 ITER로부터 클럽가입 초대장이 이미 와 있는 상태』라며 『우선 KSTAR을 완공한 후 참여방안을 모색할 생각』이라고 느긋해 했다.