열핵 에너지가 필요한 이유는 무엇입니까?
지구의 기온이 1.5도 이상 상승하는 것을 방지하기 위해
이 모든 긴급한 문제를 해결할 수있는 하나의 에너지 솔루션이 있다면 어떨까요? 환상적으로 들리지만 존재합니다.
가장 강력한 형태의 에너지 중 하나는오늘날 우리가 사용하는 것은 원자력입니다. 현대 원자력은 매우 효율적이고 탄소 배출이 전혀 발생하지 않지만, 많은 단점이 있으며 심각합니다. 잠재적 인 핵 용 해물과 수천 년 동안 위험하게 남아있는 방사성 폐기물입니다.
하지만 더 좋은 방법이 있습니다.
열 핵융합이란 무엇이며 어떻게 지구에 적용될 수 있습니까?
현재의 모든 원자로는에너지를 생산하기 위해 원자를 분리하는 과정 인 핵분열을 사용합니다. 수년 동안 과학자들은 원자를 결합하여 태양에 "힘을주는"핵융합과 같은 역 과정을 사용하여 지구에서 증가하는 에너지 요구를 충족시킬 수있는 방법을 궁금해했습니다. 열핵 융합 자체는 핵분열보다 몇 배 더 강력한 초강력 과정이며 연료가 우라늄이나 플루토늄이 아니라 수소이기 때문에 핵 폐기물 형성으로 이어지지 않습니다. 사실, 열핵 원자로의 개발이 성공하면 과학자들은 지구에 "미니 태양"을 만들 것입니다.
"제어 된 열핵 반응의 달성,이를 생성하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지를 소비하고 상업적으로 기후 변화에 대한 잠재적 인 반응으로 간주됩니다. “융합 에너지는 화석 연료의 필요성을 제거하고 재생 에너지에 내재 된 불연속성 및 신뢰성 문제를 해결할 것입니다. 핵분열 에너지에 대한 우려를 불러 일으키는 위험한 방사선 량없이 에너지가 생성 될 것입니다. "
국제 열핵 공무원프랑스 남부에 기반을 둔 다국적 프로젝트 인 Experimental Reactor (ITER)는 이제 역사적인 이정표 인 First Plasma에서 불과 6.5 년이되었다고 발표했습니다. 이번 주 보도 자료에 따르면 35 개국의 컨소시엄이 지원하는 ITER 프로젝트는 현재 65 % 완료되었습니다. 새로 설치된 섹션 인 저온 유지 장치의 바닥과 바닥 실린더는 초고온 플라즈마의 핵융합 코어를 둘러싸는 강력한 자기장을 수용하기 위해 선택된 기술 구조 인 토카막의 설치를위한 길을 열어줍니다.
핵융합 문제
핵융합은예를 들어, 태양의 핵심과 같은 극한의 조건은 여기 지구에서 재현되어야합니다. 미국 에너지 부에서 설명했듯이 "열핵 반응은 과학자들에 의해 연구되지만 핵을 융합하는 데 필요한 엄청난 압력과 온도로 인해 장기간 유지하기가 어렵습니다."
핵융합 에너지에는 격리가 필요합니다고압에서 매우 뜨거운 플라즈마. 매우 뜨거운(태양 중심보다 몇 배 더 뜨거운) 플라즈마를 자기적으로 가두려면 강한 자기장이 필요합니다. 지구 표면 대기압의 10배가 되어야 합니다. 자기장의 강도는 이러한 조건을 달성하는 데 중요한 매개변수입니다. 자기장의 강도는 플라즈마와 재료 표면 사이의 물리적 접촉 없이 플라즈마를 뜨겁게 유지하기 위한 절연과 플라즈마를 안정적으로 유지하기 위한 외부 압력을 모두 제공하기 때문입니다.
핵융합이 일어나더라도현대 세계의 가장 어려운 문제 중 일부를 해결할 수 있는 놀라운 전망이 있고 시간은 흐르고 있으며 많은 전문가들은 핵융합이 코앞에 다가와 있다고 해도 시간은 우리 편이 아니라고 말합니다. ITER는 2025년까지 발사되어 2035년경에 완전 가동될 것으로 기대되지만, 너무 늦을 수도 있습니다. 2019년에 기후 전문가들은 정부 간 패널이 지구의 변화하는 상황을 되돌릴 수 있도록 세계에 제시한 12년 기한을 18개월로 단축해야 할 수도 있다고 주장했습니다. 포츠담 기후 연구소의 Hans Joachim Schellnhuber는 1년 전에 이렇게 설명했습니다. "기후 수학은 매우 명확합니다. 비록 세상이 향후 몇 년 안에 치유되지 않을 수도 있지만, 2020년 이전에 부주의로 인해 치명상을 입을 수도 있습니다."
그러나 이번 주에는 청정 에너지에 대한 희망이 다시 불붙었습니다.
SPARC 프로젝트
컴팩트 버전을 개발하는 과학자들일련의 연구 논문에서 핵융합로가 작동하는 것으로 나타났으며, 태양의 에너지 생산을 모방하려는 오랜 목표가 달성될 수 있고 궁극적으로 기후 변화에 맞서 싸우는 데 기여할 수 있다는 희망이 되살아났습니다.
플라즈마 연구 및 열핵 센터MIT는 비상장 스타트 업 CFS (Commonwealth Fusion Systems)와 협력하여 SPARC 개념 설계를 개발하고 있습니다. 이것은 순수한 열핵 에너지를 사용한 소형 고전압 실험입니다. SPARC는 기존 중거리 핵융합 장치의 크기가 될 것으로 예상되지만 자기장이 훨씬 더 강합니다. 물리학 법칙에 따라 과학자들은이 장치가 50-100 MW의 열핵 전력을 생산하기를 희망합니다. 이러한 실험은 청정 에너지의 생성과 새로운 초전도 기술을 사용하여 만든 장치를 만들 수있는 가능성에 대한 첫 번째 데모가 될 것입니다. SPARC는 새로운 고장, 고온 초전도 (HTSC) 자석을 사용하여 융합 개발을 가속화하기위한 전체 전략의 일부입니다.
Sparc 핵융합 발전소는이 반응 챔버 이미지에서 볼 수 있듯이 상대적으로 작을 것입니다.
T. 헨더슨 / CFS / MIT-PSFC
건설 시간
원자로 건설은MIT 연구원과 Commonwealth Fusion Systems의 자회사가 개발중인 SPARC라는 이름은 내년 봄에 시작되어 3 ~ 4 년이 걸릴 것이라고 연구원과 회사 관계자는 밝혔다.
여전히 심각한 문제가 많지만회사는 건설에 이어 시험이 이어지고 성공한다면 향후 10 년부터 전기를 생산하기 위해 융합 에너지를 사용할 수있는 발전소가 이어질 것이라고 말했다.
이 야심 찬 일정은 이전보다 훨씬 빠릅니다.세계 최대의 핵융합에너지 프로젝트, ITER라고 불리는 프랑스 남부의 다국적 프로젝트. 이 원자로는 2013년부터 건설 중이며, 전기를 생산하도록 설계되지는 않았지만 2035년에는 핵융합반응을 일으킬 것으로 예상된다.
Commonwealth CEO Bob Mumgaard회사 설립자 중 한 명인 Fusion은 SPARC 프로젝트의 목표는 지구 온난화의 영향을 완화하는 역할을하기 위해 제때 열핵 융합을 개발하는 것이라고 말했습니다. “우리는 가능한 한 빨리 열핵 에너지를 얻는 데 초점을 맞추고 있습니다.
가벼운 원자가 결합하는 열핵융합수천만 도의 온도에서 함께 모여 에너지를 방출하는 것은 전 세계가 발전으로 인한 기후 변화 영향에 대처하는 방법이 되었습니다.
원자를 분리하는 기존의 핵분열 발전소와 마찬가지로 핵융합 발전소는 화석 연료를 태우지 않으며 온실가스를 배출하지 않습니다.
프로젝트에 대한 비판
프로젝트의 야망에도 불구하고 장애물은열핵 플라즈마를 생성하고 그것이 닿는 모든 것을 손상 시키거나 파괴하는 소용돌이 치는 초고온 원자 구름을 조작 할 수있는 기계의 창조는 엄청납니다.
수십 년 동안 열핵 에너지에 대해 연구해온 일부 과학자들은 Sparc의 전망에 대해 열광적이지만 시간표는 단순히 비현실적 일 수 있다고 말합니다.
“이 문서 읽기 (연구 논문-약. ed.)는 개발자들이 우리 모두가 꿈꾸는 제어 된 열핵 열핵 플라즈마를 갖게 될 것이라는 느낌을줍니다. 그러나 그는 프로젝트 일정이 현실적인지 확실하지 않습니다.
Mumgaard 박사에 따르면 SPARC는축구장에 비해 테니스 코트 크기 인 ITER보다 작고 공식 추정에 따르면 약 220 억 달러의 비용이 드는 국제 프로젝트보다 훨씬 저렴하지만이 수치는 제한이 아닙니다. 2018 년에 설립되어 약 100 명의 직원이있는 Commonwealth Fusion은 프로젝트를 위해 현재까지 2 억 달러를 모금했습니다.
Sparc와 ITER의 차이점
거의 한 세기 전에 시작된 이래로핵융합 실험으로 인해 사용하는 것보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있는 실용적인 핵융합 장치를 만들 가능성은 아직 파악하기 어렵습니다.
그러나 The Journal of Plasma Physics의 과학자들의 연구 결과에 따르면 SPARC 프로젝트는 성공할 것이며 소비하는 것보다 10배 더 많은 에너지를 생산할 것입니다.
연구는“프로젝트가 끝났음을 확인합니다.MIT 플라즈마 연구 및 융합 센터의 부국장이자 프로젝트의 수석 과학자 중 한 명인 Martin Greenwald는 우리가 함께 일하는 것이 일할 가능성이 높습니다. Greenwald 박사는 Commonwealth Fusion의 창립자이지만 현재 회사와 제휴하고 있지 않습니다.
SPARC는 다음과 같은 장치 유형을 사용합니다.ITER : 융합 반응이 일어나는 토카막 또는 도넛 모양의 챔버. 플라즈마 구름은 태양보다 더 뜨겁기 때문에 자기력에 의해 억제되어야합니다.
ITER는 액체 헬륨으로 냉각해야하는 초전도 전선을 포함하는 거대한 전자기 코일을 사용하여이를 수행합니다.
ITER 핵융합로 모델 (단면)
CC BY-SA 2.0 fr
Greenwald에 따르면 SPARC는훨씬 더 강한 자기장을 생성 할 수있는 이른바 고온 초전도체를 사용하는 새로운 전자기 기술의 이점. 결과적으로 플라즈마는 훨씬 더 작습니다.
문서는“높은이 길이 분야는 여전히 실행 가능해 보입니다.”라고 Greenwald 박사는 말했습니다. "엔지니어링 문제를 극복 할 수 있다면이 기계는 우리가 예상 한대로 작동 할 것입니다."
Commonwealth Fusion은 몇 달 안에 SPARC 소재를 발표 할 것이라고 밝혔다.
누가 열핵 에너지에 대해 연구하고 있으며 희망이 있습니까?
Commonwealth Fusion은 많은수억 달러의 투자로 지원되는 연구 기관과 협력하여 핵융합 에너지의 개발 및 상업화에 참여하는 기업.
예를 들어, TAE Technologies 기반남부 캘리포니아에서는 두 개의 플라즈마 구름을 서로 쏘아 핵융합을 생성하는 선형 장치를 사용하는 설계를 연구하고 있습니다.
영국 옥스포드 대학의 자회사 인 First Light Fusion은 에너지를 사용하여 열핵 연료를 압축하고 압축합니다.
포레스트 박사는 이렇게 말했습니다.더 강한 자기장을 사용함으로써 SPARC는 더욱 "보수적"이라고 할 수 있습니다. “이는 정의상 더 많은 위험하다"고 강조했다.
메릴랜드 대학의 물리학자인 William Dorland와The Journal of Plasma Physics의 편집자는 저널이 이러한 융합 프로젝트의 대표자들에게 "물리적 토대에 대해 이야기"를 요청했다고 말했다. MIT와 Commonwealth Fusion 그룹은 신속하게 동의했다고 그는 말했다.
“제 관점에서 이것은이 그룹 중 첫 번째 그룹입니다.사적인 돈을 가지고 있으며 실제로 그들이하는 일에 대해 매우 분명합니다.”라고 Dorland 박사는 말했습니다. -합리적인 사람들은 그것이 작동하는지에 대해 동의하지 않습니다. 그러나 나는 그들이 정상 과학을 사용하여 우리에게 무슨 일이 일어나고 있는지 말해주게되어 기쁩니다.”라고 그는 결론을 내립니다.
결국 기대할 결과핵융합로 개발? 기술 프로세스를 디버깅하고 제어하면 인류를 구할 수 있습니다. 핵분열 대신 원자 융합으로 인한 청정 에너지는 적어도 핵 폐기물로부터 지구를 보호 할 것입니다.
결론은 무엇입니까?
프로젝트의 모든 위험과 복잡성에도 불구하고열핵융합 기술이 개발된다면 인류에게는 대안이 없을 것 같습니다. 인간의 필요와 달리 행성의 능력은 제한되어 있습니다. SPARC, ITER 또는 다른 스타트업이 약속을 이행할지 여부는 시간이 말해 줄 것입니다.
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