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후쿠시마 원전과 같이 사고원전 노심 냉각 후 버려지는 방사성 오염수를 정화시킬 수 있는 동위원소 분리기술에 대한 실마리가 나왔다. 사고원전 오염수에는 다양한 핵종이 존재하며, 대부분의 핵종은 제염처리가 가능하고, 방사성 삼중수소 분리 및 추출 기술은 다양하게 개발 되어 왔으나 낮은 경제성으로 인해 후쿠시마 오염수와 같은 대량의 오염수처리에는 활용되기 어려웠다. 오현철 교수(경상국립대), 박지태 박사(FRM-II, 뮌헨공대) 공동연구팀이 유연한 다공성 소재에서 나타나는 수소 동위원소의 확산속도 차이가 고온에서 더욱 커지는 현상을 규명해냈다고 과학기술정보통신부가 밝혔다. 수소 동위원소 분리공정 온도를 종전 연구되던 액체헬륨 온도(영하 254℃)에서 액체질소 온도(영하 196℃)까지 끌어올릴 수 있는 실마리가 될 것으로 기대된다. 그간 같은 원소지만(원자번호가 같은) 중성자가 더 많아 무거운 동위원소가 다공성 물질 안의 좁은 공간을 가벼운 동위원소보다 더 빠르게 확산하는 성질을 이용해 마치 체로 거르듯(sieving) 동위원소들을 서로 분리하려는 연구가 이뤄졌다. 하지만 영하 254℃에 이르는 극저온에서만 이러한 확산속도 차이가 확연하게 나타나기에 고가의 액체헬륨을 사용해야 했다. 하지만 연구팀이 제안한 유연한 구조의 다공성 소재에서는 액체헬륨보다 60℃ 가량 높은 액체질소 온도(영하 196℃)에서 수소와 중수소의 확산속도 차이가 3배 이상이 되는 것으로 나타났다. 기존 단단한 구조의 다공성 소재는 액체질소 온도에서는 수소와 중수소의 확산속도 차이가 없어 분리가 거의 불가능 했다. 핵심은 금속과 유기물로 된 다공성 소재의 구조적 유연성과 동위원소에 대한 선택적 반응에 있었다. 수소와 중수소가 기공 안으로 들어가면 구조가 1차 확장되고, 이후 중수소에 의해서만 유연구조가 선택적으로 반응하여 추가(2차) 확장이 일어나게 되는데, 그때 여분의 공간이 중수소에만 확보되어 이동속도가 더 빨라지게 된다. 한편 이 같은 유연소재 내 확산속도 차이는 수소 동위원소 기체의 흡수량이

▲ KSTAR 주장치 및 주요 부대장치 현황 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 한국의 KSTAR(케이스타, Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 초전도 토카막 핵융합 연구장치 중 세계 최초로 중심 이온온도 1억도 이상의 초고온 고성능 플라즈마를 1.5초간 유지하는 데 성공했다고 밝혔다. * (핵융합에너지) 태양에너지 원리를 활용한 에너지로, 원료(중수소, 삼중수소)가 무한하고, 폐기물이 적으며, 폭발 위험이 없는 미래 에너지원 * (KSTAR) 국내 기술로 개발(’95~’07)한 초전도 토카막 핵융합 연구장치 태양보다 중력이 훨씬 작은 지구에서 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 태양 중심 온도(1,500만도)의 7배인 1억도 이상의 고온․고밀도 플라즈마를 장시간 유지하는 것이 관건이다. 유석재 국가핵융합연구소장은 “금번 성과는 핵융합 반응을 일으키는 주체인 ‘이온’의 온도가 1억도 이상을 달성하여 의미가 크며, 초전도 토카막 핵융합장치로서는 세계 최초”라고 설명했다. * 핵융합은 플라즈마 상태(이온과 전자로 분리)에서 이온들의 결합으로 일어나는 반응 ** 자기장으로 플라즈마를 가두는 도넛모양 장치로 ITER(국제핵융합실험로) 등에서 채택 이번 기록은 향후 핵융합실증로에 적용할 차세대 플라즈마 운전모드를 구현하는 실험을 통해 달성되었으며, 플라즈마 중심부를 효과적으로 가열하는 기술을 성공적으로 적용한 결과이다. * 내부수송장벽(Internal Transport Barrier, ITB) 모드 : 플라즈마 외부 뿐 아니라 내부에도 장벽을 형성하여 밀폐 성능을 더욱 높인 차세대 운전모드 국가핵융합연구소는 올해 중성입자빔 가열장치를 추가로 도입하여 1억도 이상 초고온 플라즈마를 세계 최초로 10초 이상 안정적으로 유지하는 도전적 목표를 가지고 있으며, * NBI (Neutral Beam Injection) : 가속된 중성자를 핵융합장치 내부의 플라즈마에 충돌시켜 핵융합 반응을