아이언맨의 동력, 꿈의 에너지 될까?

영화 '아이언맨'의 주인공 토니 스타크가 소형원자로인 '아크리액터'를 동력원으로 슈트를 만들고 있는 장면. [사진=영화 '아이언맨' 스틸컷]

영화 '아이언맨'이 전 세계 영화시장을 휩쓴 이후 팬들의 관심은 온통 주인공 토니 스타크의 가슴에 박힌 '아크리엑터(아크원자로)'에 쏠렸습니다.

토니의 가슴에 박혀 슈트에 에너지(전력)를 공급하는 아크리액터는 소형발전장치이자 초소형원자로입니다. 핵반응을 이용한 이 발전장치는 슈트의 동력원인데 핵반응을 지속적으로 유지하고 제어할 수 있게 하는 원자로 중 아주 작은 원자로라고 할 수 있습니다.

아크리액터는 테러조직의 동굴에 갇힌 주인공이 몸에 박힌 몇몇 수류탄 파편이 자신의 심장으로 가지 못하도록 막는 전자석 대용으로 며칠만에 뚝딱 만들어냅니다. 시작은 전자석이었지만 결과는 초소형원자로지였지요.

아크리액터의 출력이 3기가와트(GW)에 달할 정도니 소형이 아닌 대형원자로라고 해도 과언이 아닐 정도로 어마어마한 장치입니다. 일반 원자력발전소에서 원자로 1기의 전력 생산량은 1GW 정도라고 보면, 3GW는 원자로 3기가 동시에 생산하는 전력량과 맞먹는 것이지요. 현실에서 사용할 수 있다면 엄청난 산업적으로 엄청난 혁명을 가져올 수 있을 겁니다.

토니가 만든 아크리액터는 핵융합 반응을 이용하는 장치입니다. 핵분열이 연쇄적으로 일어나는 과정에서 큰 에너지가 방출되는데 이 에너지를 이용하는 것이 원자력 발전입니다. 반면 핵융합은 핵분열에서 발생하는 방사성폐기물이 발생하지 않습니다.

영화 '아이언맨'에서 주인공 토니 스타크의 가슴에 박힌 소형원자로 '아크리엑터'는 무려 3기가와트의 출력을 내는 것으로 묘사됩니다. 현실에서 상용화될 수 있다면 지구의 미래는 밝아질 수 있습니다. [사진=영화 '아이언맨' 스틸컷]

핵융합은 수소 등 가벼운 원소들이 합쳐지면서 생성되는 에너지를 이용하는데 이론적으로는 중수소 1g으로 석유 8톤과 같은 에너지를 생산할 수 있다고 합니다. 바다 속에 풍부한 중수소나 삼중수소 등을 연료로 이용해 연료가 고갈될 걱정도 덜합니다. 그야 말로 '꿈의 에너지'인 것이지요.

대표적인 핵융합은 지구의 에너지원인 태양의 활동을 들 수 있습니다. 대부분 수소와 헬륨으로 구성된 태양은 중력이 강해 고온·고압의 환경입니다. 기체가 고온·고압에 노출되면 물질의 제4상태라고 불리는 '플라즈마' 상태가 되는데 이 플라즈마에서 핵융합 반응이 일어나 엄청난 양의 빛과 열이 발생하는 것입니다.

핵융합 발전은 이를 모방해 에너지를 만들겠다는 것입니다. 핵융합은 1억℃가 넘는 온도의 플라즈마가 끊이지 않고 유지돼야 합니다. 과학자들은 자기장을 이용해 도넛 모양의 공간에 플라즈마를 띄운 상태로 핵융합 발전을 상용화할 수 있다고 보고 연구를 진행 중입니다. 엄청나게 뜨겁고 불안정한 플라즈마를 안정적으로 유지시키는 것이 성공의 열쇠가 되겠지요.

팬들의 관심은 아크리액터의 현실화 여부였습니다. 영화 속에서 토니가 뚝딱 만들어낸 만큼 현실에서도 만들 수 있지 않을까하는 기대심리가 크게 작용한 것이지요. 그러나 현실은 역시 쉽지 않습니다. 토니도 자신이 만든 아크리액터의 상용화를 위해 노력하지만 쉽지 않습니다.

프로토 타입으로 겨우 만든 아크리액터를 사용한 것만으로도 무지하게 전기를 많이 사용하는 스타크타워는 1년간 전력 걱정없이 지낼 수 있게 되지요. 하물며 현실에서 상용화돼 산업 현장에서 사용할 수 있다면 어떻게 될까요?

영화 '아이언맨'의 주인공 토니 스타크가 소형원자로인 '아크리액터'를 만들고 있는 장면. [사진=영화 '아이언맨' 스틸컷]

지금 원자력 발전소에서 사용하는 원자로의 크기는 큰 빌딩 한 채만 하다고 할 수 있습니다. 영화처럼 손바닥에 올려 놓을만한 크기는 어려워도 그것보다 더 커도 휴대하면서 사용하는데는 크게 불편함이 없을 것입니다.

잠수함이나 선박, 항공기 같은 거대한 기계장치의 동력원으로 사용된다면 엄청난 변화가 일어날 것입니다. 핵잠수함에서 원자로와 주변 기기가 차지하는 면적은 선체의 5분의 1 이상입니다. 그 면적이 500분의 1 가량으로 줄어든다면?

방사성폐기물이 나오지 않는 초소형원자로라면 항공기에도 사용할 수 있겠지요? 환경 걱정없이 더 많은 사람을 싣고, 더 빠른 속도로 지구촌을 날아다닐 수 있습니다. 우주개발에서도 동력 걱정없는 우주선이 무한히 우주를 탐험할 수 있습니다. 자동차에 아크리엑터를 장착하면 어떨까요? 주유소가 필요 없고, 공해도 걱정하지 않아도 됩니다.

다만, 방사능이 누출되지 않는 기술도 함께 개발돼야 하겠지요. 현재 기술로는 아크리엑터를 개발하기 어렵습니다. 실제로 영화에서 처럼 팔라듐을 이용한 실험에서 얻은 결과는 영화와 달랐다고 합니다. 핵융합 반응의 확실한 증거가 나타나지 않았고, 이론적으로 팔라듐 결정격자 안에서 발생한 압력으로는 핵융합 반응이 일어날 수 없는 것으로 밝혀졌습니다.

그 외도 원자로 소형화를 위한 기술도 필요합니다. 영화는 영화로만 봐야 한다는 결론이 만타깝습니다. 그러나 초전도 핵융합장치인 인공태양이 개발되고 있고, 핵융합 성공을 위한 실험도 꾸준히 진행되는 등 과학은 한 발 한 발 앞으로 나아가고 있습니다. 핵융합의 성공이 현실화될 수 있는 그날을 손꼽아 기다려 봅니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr