미국의 핵융합 스타트업 엑시머 에너지(Xcimer Energy)는 민간 시설에 위치한 자사의 '피닉스(Phoenix)' 레이저 시스템이 현지 시간 수요일(19일) 공식 점화돼 가동에 들어갔다고 밝혔다. 회사는 현재 이 장치가 개인 소유 세계 최대 규모의 레이저 장치라고 밝혔습니다. Xcimer는 NIF(National Ignition Facility) 실험을 기반으로 관성 제한 핵융합을 실험실 기술에서 상업적 잠재력이 있는 새로운 발전 방법으로 전환하려고 노력하고 있습니다.
Xcimer의 기술 경로는 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 국립 점화 시설(National Ignition Facility)을 모델로 했습니다. 2022년 12월, 이 장치는 핵융합 연구에서 중요한 이정표로 여겨지는 점화에 필요한 에너지를 초과하는 핵융합 반응으로 방출되는 에너지를 처음으로 달성했습니다. NIF 실험에서 연구원들은 192개의 레이저 빔을 사용하여 연필 지우개 머리보다 작은 연료 표적을 겨냥했습니다. 레이저는 먼저 금 타겟 구멍에 부딪혀 이를 기화시키고 X선으로 변환합니다. 그런 다음 X선은 내장된 연료 알갱이를 압축하여 그 안의 원자가 융합되어 에너지를 방출하게 합니다.
이에 반해 엑시머는 보다 강력하고 단순한 레이저 시스템을 사용하면 핵융합 에너지 출력을 유지하거나 증가시키면서 시스템 복잡성과 비용을 줄여 상용화의 길을 열 수 있을 것으로 기대하고 있다. 회사의 계획에 따르면 미래 융합 발전소 설계에는 마이크로초 레이저 펄스를 방출할 수 있는 두 개의 주요 레이저가 장착될 것입니다. 이러한 펄스는 "에너지 압축"과 유사한 일련의 광학 시스템을 통해 유도되며 나노초 시간 내에 에너지를 연료 목표로 전달함으로써 매우 짧은 시간에 연료 압축을 완료하고 사용 가능한 핵융합 반응을 생성할 확률을 높입니다.
이번에 가동된 피닉스 시스템은 핵융합발전소로 가는 길의 핵심 중간 단계로 평가된다. 이 시스템은 "엑시머 증폭" 기술을 사용합니다. 이러한 유형의 레이저는 반도체 제조에 사용되어 왔지만 Phoenix 시스템의 성능은 크게 향상되었습니다. Xcimer는 이 KrF(크립톤 불화물) 레이저가 최대 출력으로 작동할 때 1킬로줄 이상의 에너지를 출력할 수 있으며 레이저 증폭 코어 길이는 38미터에 달한다고 언론에 말했습니다. 회사는 현재 Phoenix가 개인 소유 레이저 시스템의 세계적 파워와 규모의 선두에 있다고 믿습니다.
하지만 피닉스는 아직 상용 발전소에 요구되는 사양에 크게 뒤떨어져 있다. Xcimer는 진정한 상업용 핵융합 발전소에는 Phoenix의 현재 출력보다 훨씬 높은 12메가줄 이상의 총 레이저 에너지가 필요할 것으로 추정합니다. 따라서 Phoenix는 레이저 증폭, 펄스 성형, 광 전송 및 연료-표적 상호 작용과 같은 핵심 링크를 포함하여 후속 대규모 시스템을 위한 기술 검증 플랫폼에 가깝습니다.
일정 측면에서 Xcimer는 2028년에 프로토타입 시스템의 구축 및 테스트를 완료할 계획입니다. 이를 기반으로 회사는 전체 장치가 "에너지 패리티", 즉 전기 에너지의 출력이 입력과 최소한 동일하도록 하는 것을 목표로 더 큰 통합 시스템을 계속 개발할 것입니다. 회사의 현재 비전에 따르면 최초의 상업용 규모 핵융합 발전소 건설은 2030년대 중반에 시작될 것으로 예상됩니다. 그때까지 기술과 경제가 표준을 충족할 수 있다면 관성밀폐 핵융합은 새로운 에너지 환경에서 중요한 힘이 될 수 있습니다.
현재 글로벌 융합 분야의 경쟁은 점점 치열해지고 있으며, 많은 스타트업 기업들이 다양한 경로와 엔지니어링 구현 경로를 모색하고 있습니다. 이러한 맥락에서 Xcimer는 Phoenix 시스템을 통해 "세계 최대의 개인용 레이저"를 출시했습니다. 이는 기술적 강점을 보여줄 뿐만 아니라 자본 시장과 정책 입안자에게 보내는 신호이기도 합니다. 관성 제한 융합은 점차 실험실에서 엔지니어링 및 산업화로 이동하고 있습니다. 그러나 킬로줄 수준의 실험 장치에서 메가줄 수준의 상업용 발전소로 전환하려면 여전히 오랜 엔지니어링 반복과 자본 투자가 필요합니다. 피닉스의 성공적인 점화는 이 과정의 핵심 출발점 중 하나일 뿐입니다.