매사추세츠주 케임브리지에 기반을 둔 스타트업 Cambridge Heavy Industries는 책상 위에 올려놓을 수 있는 실험용 핵융합 장치를 개발하고 있다. 일반적으로 핵융합 시스템은 대규모 산업 시설과 대형 레이저 또는 자석 배열과 연결되지만, 이 회사는 이러한 시스템의 규모를 줄이려 하고 있다.
이 회사는 매사추세츠공과대학교(MIT) 인근의 작은 연구실에서 비공개로 운영되고 있으며, 공동 창업자이자 최고경영자인 윤 카이는 TechCrunch와의 대화에서 시스템 구성 요소를 공개했다. 이 설계는 연료 표적을 압축하기 위해 레이저를 사용하지만, 관성 구속 방식의 일부 설계보다 적은 수의 레이저 빔을 사용한다.
더 작은 설계와 더 많은 실험
이 시스템은 점화 과정을 시작하기 위해 두 개의 주요 레이저를 사용한다. 그중 하나는 여러 빔 라인으로 나뉘어 빛을 평평하고 원형인 연료 표적에 동심원 형태의 고리로 쏘며, 바깥쪽에서 안쪽으로 향하는 순차적인 타이밍을 적용한다. 첫 번째 고리는 중심을 향해 움직이는 압력파를 시작하고, 이후의 고리들은 적절한 순간에 이 파동을 강화한다.
충격파가 표적의 중심에 도달하면 다른 레이저가 열과 자기장을 만들어내는 펄스를 발사한다. 카이에 따르면 이 설계는 비교적 낮은 레이저 출력으로 높은 압력을 생성할 수 있으며, 이러한 아이디어는 극한 조건에서 물질을 연구하기 위한 MIT 키스 넬슨 연구실의 연구에서 발전했다.
카이는 장치가 작기 때문에 실험과 수정 작업을 가속할 수 있다고 본다. 회사는 하루에 50~80회의 실험 또는 펄스를 수행하는 것을 목표로 한다. 이렇게 생성된 데이터는 인공지능을 사용하는 시뮬레이션에 투입되어 설계를 개선하는 데 활용된다.
자금 조달과 확장 계획
Cambridge Heavy Industries는 최근 Azolla Ventures가 주도하고 Overlay, Neta Foundation, P3A, MassCEC, Rothrock 가문이 참여한 시드 투자 라운드에서 620만 달러를 조달했다.
회사는 약 10년 안에 이 개념을 기반으로 한 발전소를 개발할 계획이다. 이 발전소는 현재의 탁상용 시제품보다 크지만 일부 다른 핵융합 시설보다는 작을 것이며, 카이는 그 규모를 농구장 두 개 정도로 추정한다. 핵심 시험은 이 설계가 실제 발전소를 운영할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 생산할 수 있는지 여부가 될 것이다.
초기 상업 경로로서의 삼중수소
발전소에 도달하기 전에 회사는 더 작은 장치를 사용해 삼중수소를 생산할 계획이다. 삼중수소는 대부분 개발 중인 핵융합 발전소에서 연료로 사용되는 희귀한 수소 동위원소다. 삼중수소의 가격은 그램당 약 3만 달러이며, 현재 존재하는 양은 약 40킬로그램에 불과하다.
각 발전소에는 연간 수 그램 정도의 제한된 양이 필요하지만, 최근 연구는 새로운 공급원이 등장하지 않을 경우 2054년에 약 28킬로그램의 부족분이 발생할 것으로 전망한다. 이는 현재 가격 기준으로 약 8억 4,000만 달러에 해당한다. 다른 핵융합 기업들은 원자로가 삼중수소 수요를 상당 부분 자체적으로 충당할 수 있도록 하는 연료 시스템을 개발하고 있지만, 이러한 시스템을 개발하는 데 최대 10년이 걸릴 수 있다.
이 소식이 중요한 이유
탁상용 시제품은 아직 상업적으로 전력을 생산할 수 있다는 점을 입증하지 못했으며, 소규모 실험에서 발전소로 전환하려면 설계를 확장하고 에너지 타당성을 입증해야 한다. 그러나 이 접근 방식은 두 가지 명확한 개발 경로를 제시한다. 소형 장치를 통해 데이터 수집을 가속하고, 핵융합 발전소가 확산되기 전에 삼중수소 부족을 업계의 인프라 문제로 해결하려는 것이다. 시스템이 실제로 핵융합을 달성할 수 있는지와 확장 경제성을 둘러싼 질문은 여전히 남아 있다.