핵융합이란?
핵융합(이 경우에는 열핵융합에 대해 이야기하고 있음)은 다음과 같은 반응입니다.
현대 천체 물리학에 따르면태양과 다른 별들의 주요 에너지 원인 개념은 그 깊이에서 발생하는 열 핵융합입니다. 지상 조건에서는 수소 폭탄 폭발로 수행됩니다. 열핵 융합은 반응 물질의 단위 질량 당 엄청난 에너지 방출을 동반합니다 (화학 반응에서보다 약 천만 배 더 많음). 따라서이 프로세스를 마스터하고이를 기반으로 저렴하고 환경 친화적 인 에너지 원을 만드는 것은 큰 관심사입니다. 그러나 많은 선진국의 대규모 과학 및 기술 팀이 제어 된 열핵 융합 (CTF) 연구에 참여하고 있음에도 불구하고 열핵 에너지의 산업 생산이 현실화되기 전에 해결해야 할 복잡한 문제가 여전히 많습니다.
이 공정을 사용하는 현대 원자력 발전소부문은 세계의 전력 수요를 부분적으로만 충족시킵니다. 이들의 연료는 천연 방사성 원소인 우라늄과 토륨이며, 그 풍부함과 매장량은 자연적으로 매우 제한되어 있습니다. 따라서 많은 국가에서 수입 문제에 직면해 있습니다. 열핵연료의 주성분은 바닷물에서 발견되는 수소 동위원소 중수소이다. 그 매장량은 공개적으로 이용 가능하며 매우 큽니다(세계 해양은 지구 표면적의 약 71%를 차지하고 중수소는 물을 구성하는 총 수소 원자 수의 약 0.016%를 차지합니다).
연료의 가용성 외에도 열핵 에너지 원은 원자력 발전소에 비해 다음과 같은 중요한 이점이 있습니다.
- CTS 원자로는 핵분열 원자로보다 훨씬 적은 방사성 물질을 포함하고 있으므로 방사성 제품의 우발적 방출로 인한 결과는 덜 위험합니다.
- 열핵 반응은 수명이 짧은 방사성 폐기물을 생성합니다.
- TCB는 직접 전기를 생성 할 수 있습니다.
융합 반응의 성공적인 구현은 사용 된 원자핵의 특성과 반응을 시작하는 데 필요한 고밀도 고온 플라즈마를 얻을 수있는 가능성에 달려 있습니다.
융합 중 에너지는 어떻게 방출됩니까?
핵융합 중 에너지 방출은코어 내부에서 작용하는 극도로 강렬한 인력; 이러한 힘은 핵을 구성하는 양성자와 중성자를 결합합니다. 그들은 매우 강렬하고 거리에 따라 매우 빠르게 부패합니다. 이러한 힘 외에도 양전하를 띤 양성자는 정전기 반발력을 생성합니다. 정전기력의 작용 반경은 핵력의 작용 반경보다 훨씬 크므로 핵이 서로 제거되면 우세합니다.
정상적인 조건에서 핵의 운동 에너지가벼운 원자는 정전 기적 반발력을 극복하기에는 너무 작아서 핵 반응을 일으킬 수 있습니다. 그러나 반발력은 예를 들어 높은 상대 속도로 핵을 충돌시킴으로써 "무력한"힘으로 극복 할 수 있습니다.
과학자들이 핵융합을하는 이유는 무엇입니까?
열핵을 개발하는 연구원소비하는 것보다 더 많은 전력을 생성 할 수있는 원자로는 일련의 최근 작업에서 설계가 작동해야 함을 보여 주었으며이 깨끗하고 무한한 에너지 원이 기후 위기를 완화하는 데 도움이 될 것이라는 낙관론을 회복했습니다.
매사추세츠의 연구원 그룹MIT (Institute of Technology) 및 기타 연구소는 소형 핵융합로 SPARC가 실제로 작동 할 것이라고 선언합니다. 적어도 이론적으로는 최근에 발표 된 일련의 연구에서 주장하고 있습니다.
팀은 계획 단계에서예상치 못한 장애물이나 놀라움은 발견되지 않았습니다. 이것은 12 개의 서로 다른 과학 기관의 47 명의 연구원이 작성한 7 개의 기사에 명시되어 있습니다.
새로운 원자로는 아직 건설 중이지만개발 초기 단계에서 과학자들은 10년 안에 전기 생산을 시작할 수 있기를 바라고 있습니다. 프로젝트의 선임 과학자 중 한 명인 마틴 그린월드(Martin Greenwald)는 가디언과의 인터뷰에서 야심 찬 일정의 주요 동기는 온난화 기후에서 에너지 수요를 충족시키는 것이라고 말했습니다. “융합은 다가오는 기후 재앙에서 벗어날 수 있는 가능한 해결책 중 하나인 것 같습니다.”라고 그는 말했습니다.
융합의 문제는 무엇이며 어떻게 지구를 도울 수 있습니까?
핵융합, 물리적 과정태양에 동력을 공급하는 것은 원자가 극도로 높은 온도와 압력에서 서로 충돌하여 더 무거운 원자와 융합하여 엄청난 양의 에너지를 방출 할 때 발생합니다.
처음 발견된 이후로지난 세기에 과학자들은 연료인 수소 동위원소가 풍부하고 보충되는 극도로 밀도가 높은 형태의 에너지인 핵융합을 활용하려고 노력해 왔습니다. 더욱이, 핵융합은 온실가스나 탄소를 생성하지 않으며, 핵분열 원자로와 달리 용해 위험도 없습니다.
그러나 이러한 형태의 원자력 에너지를 사용하는 것은"아원자 입자 수프"(플라즈마)를 수억도까지 가열해야 했기 때문에 매우 어려웠습니다. 어떤 용기도 다룰 수 없을 만큼 뜨거웠기 때문입니다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 플라즈마를 제자리에 고정하는 토카막이라고 불리는 강한 자기장이 흐르는 도넛 모양의 챔버를 개발했습니다.
이미 개발중인 것은 무엇입니까?
매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology Scientists)그리고 자회사 인 Commonwealth Fusion Systems는 2018 년 초에 이전 모델보다 더 작은 새로운 원자로를 설계하기 시작했으며 내년 상반기에 건설을 시작했습니다. 일정이 계획대로 진행되면 Sparc라는 원자로가 2030 년까지 전력망을위한 전기를 생산할 수 있다고 연구원과 회사 관계자는 말합니다. 이것은 기존의 주요 핵융합 에너지 이니셔티브보다 훨씬 빠를 것입니다.
현재 원자로 설계가 너무 큽니다.소비자를 위해 실제로 전기를 생산하는 도로입니다. MIT와 Commonwealth Fusion 팀은 최첨단 초강력 자석을 사용하여 작고 효율적이며 확장 가능한 토카막 원자로를 만들고자 합니다. Greenwald는 “우리가 실제로 한 일은 기존 과학과 새로운 재료를 결합하여 엄청난 새로운 가능성을 열어준 것입니다.”라고 말했습니다.
Sparc 장치를 시연 한 후이론적으로는 운영에 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있습니다. 9 월에 발표 된 연구 논문에 따르면 다음 단계는 원자로를 건설 한 다음 그리드에서 전기를 생산할 파일럿 플랜트를 건설하는 것입니다.
핵융합의 모든 장단점
과학자와 기업가들은 오랫동안열 핵융합은 곧 임박했지만 극복 할 수없는 문제에 직면했습니다. 이로 인해 특히 풍력, 태양열 및 기타 재생 가능 에너지 원이 융합보다 강력하지는 않지만 더 효율적이고 비용 효율적이됨에 따라 투자를 꺼리게되었습니다.
그러나 상황은 변하고 있습니다.Biden의 2 조 달러 계획에서 그는 첨단 원자력 기술을 탈탄 소화 전략의 일부라고 불렀습니다. 민주당 원들은 1972 년 이후 처음으로 원자력을지지했습니다. 풍력과 태양보다 융합을 더 나은 장기적 발판으로 여기는 대규모 석유 및 가스 회사를 포함한 민간 자원에서도 상당한 투자가 이루어지고 있습니다.
Bob Mumgaard 경영진에 따르면커먼웰스 퓨전(Commonwealth Fusion) 이사의 목표는 핵융합을 사용하여 태양광 및 풍력 에너지를 대체하는 것이 아니라 이를 보완하는 것입니다. 그는 “대도시에 전력을 공급하거나 제조업 등 산업 규모에서는 재생에너지만으로는 어려운 일들이 있을 것”이라고 말했다. "이것이 바로 합성이 유용할 수 있는 부분입니다."
플라즈마 커뮤니티 전체는 Sparc의 발전에 열광하지만 일부는 기술적 및 규제 적 장애물이 주어진 야심 찬 일정에 의문을 제기합니다.
Daniel Jessby, 25 년 간의 과학 연구Princeton Plasma Physics Laboratory의 동료는 SPARC와 같은 핵융합로가 가능한 대체 에너지 원이 될 수 있을지 회의적입니다. 스파크가 연료로 사용할 수소 동위 원소 중 하나 인 삼중 수소는 자연에서 발생하지 않으며 반드시 생성되어야한다고 그는 말했다.
매사추세츠 기술 팀연구소는이 물질이 합성 반응 자체에 의해 지속적으로 재생 될 것이라고 가정합니다. 그러나 Jessby는 이것이 엄청난 양의 전기를 필요로하여 원자로를 엄청나게 비싸게 만들 것이라고 믿습니다. “우리가 태양 에너지와 풍력 에너지를 무료로 얻는다고 생각할 때 핵융합 반응에 의존하는 것은 어리석은 일입니다.”라고 그는 결론을 내립니다.
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