댈러스의 소년, 놀이방에 별을 담다

강력한 진공 챔버 안에서 뿜어져 나오는 보라색 빛은 야간 조명이나 화려한 LED 스트립이 아니었다. 그것은 맨체스터의 차가운 날씨를 따뜻하게 느낄 정도로 태양 표면을 뜨겁게 달구는 플라스마였다. 댈러스의 한 교외 주택에서 12세 에이든 맥밀런(Aiden McMillan)은 4년간의 집념이 마침내 결실을 맺는 모습을 지켜보고 있었다. 그는 마인크래프트를 하거나 틱톡을 보는 대신, 원자들을 서로 충돌시켜 결합하는지 확인하고 있었다.

대부분의 아이들은 여덟 번째 생일에 자전거를 선물 받는다. 하지만 에이든 맥밀런은 진공 펌프와 고전압 변압기를 요구했다. 또래들이 나눗셈을 배우고 있을 때, 에이든은 이베이(eBay)에서 중고 과학 부품을 뒤지고 관성 정전기 핵융합(Inertial Electrostatic Confinement, IEC)의 원리를 공부하고 있었다. 4년 후, 그는 방 한구석에서 핵융합을 성공시킨 엘리트 아마추어 커뮤니티인 '퓨저니어(Fusioneers)'의 일원이 되었다. 이는 수많은 박사 과정 학생들도 거액의 보조금과 기술팀 없이는 엄두도 못 낼 공학적 위업이다.

분명히 말하자면, 에이든은 주말 동안 세계 에너지 위기를 해결한 것이 아니다. 이것은 동네에 전력을 공급할 수 있는 발전소가 아니다. 사실, 이는 생산하는 에너지보다 벽면 콘센트에서 끌어오는 전력이 더 많은, 막대한 에너지를 소비하는 장치이다. 그러나 그것이 핵심은 아니다. 가시 우주에 있는 모든 별의 원동력인 핵융합에 필요한 조건을 주거지 내에서 구현했다는 것 자체가 기술적인 담대함을 보여주는 놀라운 사례이다.

진공 펌프와 용돈

핵융합로를 만드는 것은 레고 설명서를 따라 하는 것처럼 간단하지 않다. 에이든 프로젝트의 핵심은 '판스워스-허쉬 퓨저(Farnsworth-Hirsch Fusor)'이다. 1950년대 공상과학 만화에 나올 법한 이름으로 들린다면, 그것은 이 기술이 실제로 텔레비전을 발명한 필로 판스워스(Philo Farnsworth)에 의해 특허를 받았기 때문이다. 국제 컨소시엄이 건설 중인 수십억 달러 규모의 거대한 토카막(tokamak)과 달리, 퓨저는 고전압 전기장을 이용해 이온들을 강제로 융합시키는 비교적 간단한 장치이다.

진정한 도전은 부품을 소유하는 것뿐만 아니라 부품들이 서로 유기적으로 작동하게 만드는 것이다. 진공 누출은 퓨저니어의 가장 큰 적이다. 씰(seal)에 미세한 틈만 생겨도 실험은 실패로 돌아가고, 첨단 원자로가 비싼 문진으로 변하고 만다. 에이든은 '핫(hot, 핵융합 반응이 일어나는 상태)' 실험을 시도하기 전부터 배관, 전기 공학, 방사선 차폐라는 어려운 기술을 익혀야 했다. 이는 대부분의 성인들도 6개월 안에 포기할 인내의 마스터 클래스이다.

그가 다음 '방사능 소년 스카우트'가 아닌 이유

아이들이 원자로를 만든다는 이야기가 나오면 사람들은 즉시 데이비드 한(David Hahn)을 떠올린다. 1990년대 '방사능 소년 스카우트'로 악명 높았던 한은 연기 감지기의 아메리슘과 캠핑 랜턴의 토륨을 사용하여 자신의 창고에 증식로를 만들려 했다. 그는 결국 동네를 방사능으로 오염시켜 슈퍼펀드(Superfund) 부지를 만들었고, 환경보호청(EPA)에 의해 제지당했다. 그러나 한이 한 일과 에이든 맥밀런이 이룬 성과 사이에는 근본적인 차이가 있다. 바로 핵분열과 핵융합의 차이다.

한은 불안정한 무거운 원자를 쪼개는 핵분열을 다루었다. 이는 지저분하고 방사능을 띠며, 쉽게 끌 수 없기 때문에 초보자에게는 매우 위험하다. 반면 에이든은 핵융합을 하고 있다. 그는 수소의 무거운 동위원소, 특히 중수소를 가져와 헬륨으로 융합시키고 있다. 핵융합은 우라늄이나 플루토늄과 관련된 장수명의 유해한 방사성 폐기물을 발생시키지 않는다. 에이든이 스위치를 끄면 반응은 즉시 멈춘다. 자체적인 위험성은 있지만, 핵분열에 비해 본질적으로 안전하다.

퓨저의 주요 위험 요소는 핵 멜트다운이 아니라, 과정 중에 발생하는 고전압과 X선이다. 이온들이 챔버 내부를 질주하기 시작하면 벽에 충돌하며 방사선을 방출한다. 에이든은 자신의 취미가 가족들에게 평생 받을 치과 X선 촬영량을 한 번에 쏘는 결과로 이어지지 않도록 납 차폐막을 설치해야 했다. 이러한 안전 의식 수준이 진지한 어린 과학자와 무모한 장난꾼을 구분 짓는 기준이다.

원자력 성취 인증

에이든은 이제 사춘기에 접어들기 전에 이 성과를 달성한 매우 적은 수의 인물 명단에 포함되었다. 그는 2018년 12세의 나이로 최연소 핵융합 성공 기록을 세운 잭슨 오스왈트(Jackson Oswalt)의 뒤를 잇는다. 이 아이들에게 나이는 중요하지 않다. 퓨저니어 포럼에서 당신의 데이터는 곧 당신의 가치이다. 중성자 측정 결과가 확실하다면, 누구도 당신이 아직 잠자리에 들 시간인지 따지지 않는다.

이 커뮤니티는 과학이 수행되는 방식의 흥미로운 변화를 대변한다. 수십 년 동안 원자물리학은 로스앨러모스(Los Alamos)나 CERN과 같은 거대 정부 연구소의 전유물이었다. 오늘날 인터넷과 잉여 산업 장비의 보급 덕분에 12살 아이가 한때 맨해튼 프로젝트에나 필요했던 연구를 재현할 수 있게 되었다. 이것은 거대 과학의 민주화이며, 각자의 방에서 하나씩 일어나고 있다.

항아리 속의 별은 정말 유용한가?

인터넷의 냉소적인 구석에서는 "무슨 소용인가?"라고 묻는다. DIY 원자로는 생산하는 것보다 수천 배 많은 에너지를 소비하기 때문에 아이폰을 충전하거나 기후 변화를 막을 수는 없다. 비평가들은 이것이 그저 매우 비싸고 위험한 과학 프로젝트일 뿐이라고 주장한다. 하지만 그런 시각은 에이든이 한 일의 부차적인 가치를 무시하는 것이다. 우리는 현재 헬리온 에너지(Helion Energy)나 커먼웰스 퓨전 시스템즈(Commonwealth Fusion Systems) 같은 기업에 수십억 달러를 쏟아부으며 상업용 핵융합을 마스터하기 위한 글로벌 경쟁을 벌이고 있다.

결국 '순 에너지 이득' 문제, 즉 투입한 것보다 더 많은 에너지를 얻는 문제를 해결할 사람들은 바로 에이든과 같은 이들이다. 그들은 어린 시절부터 진공 압력과 이온 그리드에 집착해 온 사람들이다. 12세에 원자로를 직접 제작함으로써 에이든은 대부분의 공대 졸업생이 25살이 될 때까지 갖지 못할 플라스마 물리학에 대한 기능적 이해를 얻었다. 그는 단순히 고전압 장난감을 가지고 노는 것이 아니라, 어쩌면 문명을 구할 수도 있는 산업의 커리어를 위해 훈련하고 있는 것이다.

게다가 이러한 소형 퓨저는 실용적인 용도도 있다. 훌륭한 중성자원 역할을 하기 때문이다. 전문적인 환경에서 이들은 의료용 동위원소 생산이나 심우주로 향하는 위성 부품의 방사선 내구성 테스트에 사용될 수 있다. 에이든의 가정용 버전은 개념 증명 모델이지만, 이는 지구상에서 가장 정교한 기술들의 기초가 되는 핵심 요소이다.

플라스마 뒤의 부모들

어쩌면 이 이야기의 가장 큰 숨은 공신은 에이든의 부모일 것이다. 아직 구석에 장난감 상자가 놓여 있을지도 모를 방 안의 진공 챔버에 3만 볼트의 전기를 흘려보내도록 허락하려면 남다른 담력이 필요하다. 대부분의 부모는 카펫을 더럽힐 수 있는 화학 실험 세트 수준에서 선을 긋는다. 맥밀런 부부는 아들의 연구와 대부분의 성인도 이해하기 어려운 안전 프로토콜에 대한 아들의 헌신을 신뢰해야 했다.

그들의 지원은 현대 교육의 갈등을 잘 보여준다. 우리는 STEM(과학, 기술, 공학, 수학)에 대해 많은 이야기를 하지만, 실제 학교 교육 과정은 이런 종류의 위험 부담이 큰 실습형 실험을 거의 허용하지 않는다. 에이든의 원자로는 호기심 많은 지성에게 교실이라는 울타리를 벗어나 실패하고, 결국 성공할 수 있는 공간과 자원, 그리고 신뢰를 주었을 때 어떤 일이 일어나는지를 증명하는 결과물이다.

보라색 빛이 사라지고 진공 펌프가 멈추면, 에이든은 벌써 다음 업그레이드를 고민한다. 그는 반응 효율을 높이고, 중성자 수율을 늘리며, 그리드 설계를 개선하고 싶어 한다. 그는 단순히 만들었다는 것에 만족하지 않고, 최적화하기를 원한다. 댈러스의 한 12세 소년에게 하늘은 한계가 아니다. 별이 한계이다. 그리고 그는 이미 방 안에 자신만의 별을 하나 가지고 있다.