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| [교수 인터뷰] 에너지시스템공학부 원자핵공학과 나용수 교수님 |
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Q. 교수님의 간단한 소개 부탁드립니다.초등학교 때, 동생이 과학 기술부 장관 상을 받으면서 아주 두꺼운 과학 기술 대사전을 부상으로 받아왔던 것을 기억합니다. 그 책에서 핵융합의 소개를 관심있게 보았던 그 소년의 호기심이 지금의 저를 만들었다고 생각합니다. 저는 현재 서울대학교 원자핵공학과에서 핵융합로의 운전 시나리오 개발 및 제어와 핵융합 플라즈마 시뮬레이션을 연구하고 있습니다. 원자핵공학과는 원자핵을 이용한 에너지 시스템을 다루는 학과로 기본적으로 자연과학과 공학의 전반적인 학문을 모두 다루고 있습니다. 자연의 원리를 공부하는 기초 물리학으로 시작해서, 핵융합과 핵분열의 기초인 플라즈마 전자기학과 중성자공학을 배웁니다. 또한 공학적으로 생성된 에너지를 활용하는 열역학, 유체역학 및 고온에서 사용할 수 있는 재료를 연구하는 재료 공학과 컴퓨터를 사용하는 전산 해석까지 넓은 범위를 공부하고 연구하는 학과입니다.
Q. 핵 융합 플라즈마란 무엇인가요?플라즈마란 고체, 액체, 기제와 같은 물질의 한 상태로, 물질의 네 번째 상태라 일컫습니다. 기체를 가열하게 되면 물질의 원자핵과 전자가 떨어져서 행동하게 되는데 이러한 상태를 플라즈마라고 합니다. 태양은 플라즈마 상태로 존재하는데, 태양을 구성하고 있는 수소 원자핵들은 서로 결합하여 끊임없이 에너지를 방출하고 있습니다. 수소끼리 융합을 하게 되면 반응 전에 비해 질량이 줄어들게 되는데, 이 줄어든 질량이 아인슈타인의 E = mc2 공식에 따라 에너지로 변환됩니다. 태양이 뜨겁고 밝게 빛나는 이유입니다. 저희는 태양을 관찰하고 연구하는데 그치지 않고 지구 위에 인공태양을 만들어 에너지 원으로 사용하는 연구를 하고 있습니다. 인공태양을 만드는 방식은 여러 가지가 있는데, 도넛 형태의 진공용기에 자기장을 거는 토카막이란 장치가 가장 각광받고 있습니다. 특히 유럽연합, 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 그리고 한국 등 총 35여개국이 참여하는 세계적으로 가장 큰 국제공동 과학연구프로젝트인 ITER(국제핵융합실험로)가 토카막 방식을 사용하여 프랑스에 건설 중에 있고, 우리나라를 비롯해서 각 국에서 정부 주도하에 여러 핵융합 프로젝트가 진행되고 있습니다.
Q. 홈페이지에 말씀해 주신 연구 주제들을 간단하게 설명해주십시오.저는 바닷물의 수소를 이용하여 인공태양을 만들고 거기에서 에너지를 끌어내는 연구를 하고 있습니다. 특히 토카막 장치에서 핵융합이 오랫동안 안정적이고 효율적으로 많이 일어나도록 플라즈마를 해석하고 제어하는 것을 주된 연구 목표로 삼고 있습니다. 이를 위해 플라즈마를 통합적으로 이해하는 통합시뮬레이션 코드/디지털 트윈을 개발하고, 다양한 실제 토카막에서의 실험을 통해 검증하는 연구도 수행하고 있습니다. 국내 및 해외 주요 대학과 연구소와 긴밀한 공동 연구를 수행하고 있고, 최근에는 한국의 인공태양이라고 불리는 KSTAR에서 1억도 초고온, 고성능 플라즈마를 얻는 새로운 운전 방법인 FIRE 모드를 발견하고 연구 중에 있습니다.
Q. 공학전문대학원 학생들 지도 강의하신다면 어떤 학생들이 산업체에서 오면 좋은지? 어떤 과목을 가르쳐 주시면 좋을지?공학전문대학원에는 여러 분야의 산업에 종사하시는 분들이 계시겠지만, 원자력 또는 전력 산업군에 계신 분들이 제가 연구하고 있는 학문과 강의를 좀 더 흥미롭게 수강하실 수 있을 것 같습니다. 전기와 전자의 기본 원리와 응용을 바탕으로 하는 전자기학을 공학과 접목한 과목이나, 반도체 공정 등 이미 산업체에서 많이 활용하고 있는 여러 플라즈마 공정을 설명하고 그 기본과 응용 지식을 전달하는 과목은 어떨까 합니다.
Q. 인공 태양이라고 하는 주제 안에서 핵 융합 플라즈마 산업의 가능성과 발전 방향은?영국의 물리학자인 스티븐 호킹 박사는 미래를 바꿀 단 하나의 기술을 골라달라는 BBC 기자의 질문에 핵융합에너지를 꼽았습니다. 핵융합은 화석 연료를 대체할 미래 기저 에너지원으로 2030년~2040년대에 상용화를 목표로 현재 활발한 연구가 진행되고 있습니다. 이 과정에 1억도가 넘는 열과 에너지를 만들고 플라즈마를 이해하는 자연과학의 영역과 그 열과 에너지를 잘 보존하고 제어하여 사용하는 공학의 영역까지 넓은 분야의 산업군이 발전할 것이라고 생각합니다. 또한, ITER와 같이 국가 주도형 대형 프로젝트와 별개로 소형 핵융합 스타트업 기업들이 민간기업으로부터 많은 투자를 받고 있습니다. 아마존 CEO인 제프 베이조스, 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠와 폴 앨런 그리고 페이팔 창업자인 피터 틸 등이 이러한 기업에 대규모 투자를 진행하고 있습니다. 최근 몇 년 사이에 일어나고 있는 일이며, 이와 같은 민간기업들의 투자는 지금까지 먼 미래로만 여겨졌던 핵융합 에너지를 좀 더 빨리 실체화 상용화하는 계기가 될 것으로 기대됩니다.
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