관성 기업, 핵융합 연료 펠릿 제작 시간 '몇 주→몇 시간'으로 단축
핵융합 스타트업 Inertia Enterprises가 연료 펠릿 제작 시간을 며칠에서 몇 분으로 줄이는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이는 상업용 원전 실현을 위해 넘어야 할 10개 장벽 중 하나를 제거한 것으로, 미국 국제점화시설(NIF) 기술의 상용화에 청신호다. 특히 값비싼 삼중수소 재고 부담을 줄이는 효과도 있다.
핵융합 스타트업 Inertia Enterprises는 연료 펠릿 제작에 걸리는 시간을 며칠에서 단 몇 분으로 단축하는 방법을 찾았다고 밝혔다. 연료 충전 시간을 획기적으로 줄임으로써 Inertia는 상업용 발전소 구상의 1단계를 달성하기 위해 극복해야 할 10개 장벽 중 하나를 허물었다고 말했다. 이 스타트업은 테크크런치에 이 공정을 독점 최초 공개했다.
이러한 진전이 보장된 것은 아니었다. 투자자들은 정교한 과학 실험 장치로서 세심한 관리와 지속적인 지원이 필요한 국제점화시설(NIF)에서 개발된 기술을 상용화할 수 있다는 전제 하에 Inertia에 4억 5천만 달러를 투자했다. NIF에서 연료 펠릿을 만드는 데는 일주일 이상이 걸릴 수 있으며 막대한 비용이 든다. 수익성 있는 사업을 위한 좋은 처방이 아니다.
“하지만 자세히 들여다보면 ‘잠깐, 저들은 일 년에 몇 개만 만들고 있구나’라는 걸 알게 됩니다.” Inertia의 공동창업자이자 CEO인 제프 로슨은 테크크런치에 말했다. “저는 사업가의 관점에서 ‘아, 이걸 부르는 단어가 있네. 바로 프로토타입’이라고 생각했죠.”
Inertia 팀은 이 프로토타입을 대량 생산 가능한 것으로 탈바꿈시키는 작업에 착수했다. “그래서 우리는 애플 출신 인재들을 채용하고 있습니다.” 그가 말했다. “산업 공학자들이 ‘좋아, 이걸 공장에서 10억 번 만들어내는 방법을 알아내야겠군’이라며 참여하고 있습니다.”
다만 NIF의 연료 펠릿은 아이폰과는 거리가 멀다. 외부는 구형 다이아몬드 껍질이며, 그 안쪽에는 핵융합 원자로의 연료가 되는 수소 동위원소인 중수소와 삼중수소의 얇은 동결층이 있다. 이 결정층 내부에는 기체 상태의 중수소와 삼중수소 혼합물이 들어 있다. 각 고체 층은 최대한 완벽한 구형에 가까워야 한다.
이 연료 펠릿들은 홀럼(hohlraum)이라 불리는 금 케이스로 감싸지는데, 홀럼은 레이저 에너지를 X선으로 변환해 내부의 연료 펠릿을 압축한다. 모든 것이 계획대로 진행되면 이 압축으로 원자들이 융합되며 에너지를 방출한다. 하지만 구형에서 아주 작은 결함만 있어도 점화 과정을 방해해 핵융합 반응이 잠재력을 온전히 발휘하지 못하게 된다.
Inertia는 NIF에서 발견된 물리 법칙에서 너무 벗어나지 않으면서도 상업적으로 타당한 수준까지 공정을 압축해야 했다. “더 빠르게 하려고 하면 어떻게 될까요?” 로슨이 말했다. 팀은 유리한 출발점이 있었다. Inertia의 공동창업자이자 수석 과학자인 애니 크리처는 NIF에서 소비한 에너지보다 많은 에너지를 방출한 최초의 핵융합 실험을 설계한 장본인이다. 여러 차례의 개발 끝에 이 스타트업은 NIF에서는 최대 일주일이 걸리던 결정 성장을 약 30분 만에 해낼 수 있게 되었다. 전체적으로 하나의 연료 펠릿을 약 2~3 시간 만에 만들 수 있으며, 이 공정은 산업 규모로 확장 가능하다.
Inertia는 로런스 리버모어 국립연구소의 NIF와 공동으로 이 공정을 개발했으며, 이 스타트업은 NIF와 공공-민간 파트너십을 맺고 있다. 그러나 Inertia는 NIF가 갖지 못한 강점이 있다. 현재 NIF의 레이저보다 4배 강력한 레이저를 사용할 계획이기 때문에 연료 펠릿의 결함을 더 많이 허용할 수 있다. 이 점도 제조 공정 단축에 도움이 되었다.
“실제로 우리에게는 상당한 여유가 있습니다.” 로슨이 말했다. “드라이버, 즉 레이저를 과대 설계해 시스템의 다른 모든 부분에서 실험할 수 있는 여유를 확보하는 것이 우리의 전략입니다.”
연료 충전 시간 단축은 Inertia가 한 번에 보유해야 할 삼중수소량을 줄이는 부수적 효과도 있다. 삼중수소는 방사성 물질이므로 취급에 주의가 필요하다. 또한 현재 매우 비싸서 그램당 약 3만 달러이며, 과학 저널 사이언스에 따르면 전 세계 재고는 약 25킬로그램에 불과하다. 많은 핵융합 스타트업과 마찬가지로 Inertia는 핵융합 반응을 활용해 자체적으로 삼중수소를 생산할 계획이지만, 시작하려면 어느 정도의 초기 재고가 필요하다. 제조 시간 단축은 재고를 적게 유지하는 데도 도움이 된다. Inertia는 전규모 상업용 발전소가 10개의 연료 [이하 원문 누락]