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[IT뉴스][K문샷 로드] ④”핵융합 상용화 美·中 추격 못하면 기술 종속…AI가 한국의 승부수”

온카뱅크관리자

2026-06-22 13:47:28

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 <img alt="K-문샷 핵융합 분야 PD 양형열 한국핵융합에너지연구원 혁신핵융합로설계단장. 문혜원 기자 moony@donga.com" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/22/dongascience/20260622134720189uigc.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Q7ZLzhZviN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/22/dongascience/20260622134720189uigc.jpg" width="658">
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 K-문샷 핵융합 분야 PD 양형열 한국핵융합에너지연구원 혁신핵융합로설계단장. 문혜원 기자 moony@donga.com
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 [편집자주] 인공지능(AI)이 과학 연구의 패러다임을 바꾸고 있다. 가설을 세우고 실험을 설계하고 데이터를 분석하는 전 과정에 AI가 개입하면서 각국은 AI를 국가 과학기술 경쟁력의 핵심 수단으로 삼기 시작했다. 한국도 12대 국가 난제를 AI로 해결하는 범부처 프로젝트 'K-문샷'을 올해부터 본격 추진한다. 과학기술과 밀접한 우주, 뇌컴퓨터인터페이스(BCI), 양자, 핵융합, 소형모듈원자로 각 분야를 총괄하는 책임자(PD) 5명을 만나 미션의 현주소와 전략을 들어봤다. 
 "핵융합은 미래 에너지원인 동시에 국가 전략 자산입니다. 미국·중국이 먼저 상용화에 성공하면 기술을 전략화해 장벽을 만들 겁니다. 핵심 핵융합 기술은 특허와 지식재산권(IP)으로 묶일 가능성이 높습니다. 상용화를 놓고 보면 한국이 다소 늦었지만 AI를 활용한다면 설계·건설 일정을 압축해 상용화 단계를 따라잡을 수 있을 것입니다."
 지난 12일 대전 한국핵융합에너지연구원에서 만난 양형열 K-문샷 핵융합 분야 PD(한국핵융합에너지연구원 혁신핵융합로설계단장)는 핵융합 기술 종속을 막기 위해 AI 기반 설계 혁신이 필요하다고 강조했다.
 K-문샷 핵융합 분야는 2035년까지 한국형 핵융합 소형 실증로를 개발해 실제 전력 생산을 입증하는 게 목표다. 양 단장은 "그동안 핵융합 상용화를 언젠가 실현될 미래 기술로 여겼다면 이제는 실제로 구현해야 하는 단계"라고 말했다.
 핵융합은 태양이 에너지를 만드는 원리다. 태양은 수소 원자핵이 초고온·초고압 환경에서 융합하는 과정에서 막대한 에너지를 방출한다. 이처럼 태양이 에너지를 만드는 원리를 지구상에 구현한다는 점에서 핵융합은 '인공 태양'으로 불린다. 탄소를 배출하지 않고 고준위 방사성 폐기물이 거의 발생하지 않아 청정에너지를 고효율로 생산할 수 있는 '꿈의 기술'로 평가된다.
 지난 17일 K-문샷 핵융합 미션 추진을 뒷받침할 '한국형 혁신 핵융합로 설계단'이 본격 가동됐다. '혁신'에는 두 가지 의미가 담겨 있다.
 먼저 핵융합로 소형화다. 기존 핵융합로 설계는 도넛 모양 핵융합 장치의 중심에서 플라즈마가 도는 고리 중심까지의 거리인 주반경 7~8m급 대형 장치 위주로 이뤄졌다. 장치가 클수록 더 많은 에너지를 생산할 수 있지만 초전도 자석 등 핵심 부품의 건설 비용도 급증한다. 상용 발전소로 경쟁력을 갖추려면 더 작은 장치로도 충분한 에너지를 생산할 수 있어야 한다. 한국형 혁신 핵융합로의 목표 주반경은 4m급으로 국제핵융합실험로 ITER의 절반 수준이다.
 두 번째 혁신은 설계 기간 단축이다. 핵융합 장치 설계에 통상 10년 이상이 걸린다. 양 단장은 "KSTAR 공학 설계에도 5~6년이 소요됐다"며 "종전 방법 대비 설계 일정을 30% 이상 줄여야 한다"고 강조했다.
 K-문샷 미션에 성공하려면 2030년에는 설계를 마쳐야 한다. 양 단장은 개념 설계에 2년, 공학 설계에 3년을 예상하고 있다. 그는 "쉽지 않은 일정이지만 해낼 수 있을 것"이라고 전망했다.
 설계 기간을 줄이는 핵심 수단은 AI다. 양 단장은 핵융합로 공학설계 과정에서 가장 많은 시간이 드는 세 가지 병목으로 형상 관리·3차원(3D) 모델링·설계 해석을 꼽았다.
 형상 관리는 설계 변경이 다른 부품과 시스템에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 작업이다. 핵융합로처럼 수만 개 부품이 연결된 장치에서는 한 부분만 바꿔도 연관된 설계를 모두 다시 검토해야 한다. 양 단장은 통상 4~5년 걸리는 이 과정을 AI를 이용해 1년 이내로 줄이겠다는 목표를 제시했다.
 3D 모델링은 설계도를 실제 장치 형태로 구현하는 과정이다. AI가 설계 변경 사항을 자동 반영하면 이 단계에서만 일정을 30% 이상 단축할 수 있다는 설명이다.
 설계 해석도 주요 병목이다. 구조적 안전성이나 열 분포·핵반응 특성 등을 반복 계산해 검증하는 과정으로 수만 번의 계산이 필요하다. 양 단장은 "AI를 활용해 자동화하면 일주일 걸리던 복잡한 계산을 3~4시간으로 줄일 수 있을 것"이라고 기대했다.
 양 단장은 "자동화 기술은 이미 다른 산업 분야에서 활용되고 있다"며 "이를 핵융합 분야에 성공적으로 이식하는 것이 관건"이라고 말했다.
 개념 설계 단축에는 KSTAR가 중요한 역할을 맡는다. KSTAR는 한국이 독자 개발한 한국형 핵융합 연구로로 매년 수십 테라바이트(TB) 규모의 플라즈마 데이터를 생산한다. 플라즈마는 핵융합 반응이 일어나는 초고온 물질 상태로 거동이 복잡해 예측이 어렵다.
 양 단장은 KSTAR 운전으로 축적한 데이터를 활용해 'AI 기반 가상 핵융합 플랫폼'을 구축할 계획이라고 밝혔다. AI에 KSTAR 플라즈마 데이터를 학습시키면 실제 장치를 가동하지 않고도 다양한 운전 조건을 시뮬레이션할 수 있다. 이를 통해 원하는 장치 성능에 맞는 플라즈마 운전 시나리오를 빠르게 도출하고 개념 설계 기간도 단축할 수 있을 것으로 기대된다.
 그는 "KSTAR는 AI 학습에 활용할 수 있는 양질의 데이터를 제공한다"며 "미국도 가지지 못한 한국만의 강점"이라고 말했다.
 양 단장이 K-문샷 미션을 "도전적인 미션"이라고 평가하면서도 반드시 추진해야 한다고 강조한 배경에는 미국과 중국의 핵융합 상용화 경쟁이 있다.
 중국은 국가 주도로 대규모 투자가 이뤄지고 있다. 미국은 빅테크 자본을 등에 업은 민간 기업 주도로 2030년대 상용 전력 공급을 목표로 한다.
 양 단장은 "상용화 관점에서 한국은 이미 출발이 늦었다"고 인정했다. 현재 미국·중국에 비해 약 3~5년 뒤처졌다고 평가했다.
 그는 핵융합 에너지는 미래 전략 자산이라고 했다. 양 단장은 "만약 우리가 미국·중국의 상용화 시점에 동시에 진입하지 못한다면 이 나라들이 기술을 전략화해 가둘 것이 분명하다"며 "한번 기술 종속이 되면 뚫고 나오기 힘들다"고 말했다.
 현재의 격차가 영구적인 열세를 의미하는 것은 아니라고 강조했다. 핵융합 기술은 일정한 속도로 발전하지 않고 특정 단계에서 도약이 이뤄지는 만큼 선도국을 추격할 여지가 충분하다는 설명이다.
 양 단장은 "늦게 출발했지만 따라잡지 못할 수준의 격차는 아니다"라며 "선도국들이 먼저 시행한 사례와 공개된 연구 성과를 참고하고 AI를 적극 활용해 3년 걸릴 일을 1년으로 줄이는 방식으로 충분히 추격 가능하다"고 말했다.
 양 단장에게 K-문샷 실현 가능 확률을 묻자 "51%"라고 답했다. 이어 "충분히 가능성은 있다"면서도 "설계 자동화와 품질 관리 자동화, 인허가 체계 구축 등이 계획대로 이뤄져야 한다"고 강조했다.
 양 단장은 1996년 KSTAR 건설 당시에도 책임연구원으로 참여했다. 그는 "대학원 시절부터 지금까지 국가 덕분에 핵융합 연구를 할 수 있는 기회를 받았다"며 "이제는 국민들에게 가시적인 성과를 돌려드려야 할 때"라고 말했다.
 이어 "어려운 길인 것은 분명하지만 앞이 전혀 보이지 않는 낭떠러지를 걷는 것은 아니다"라며 "조심하지 않으면 떨어질 수는 있어도 가야 할 방향은 분명히 보인다"고 말했다.
 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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