미 과학자, 오래 기다려온 핵융합 획기적 성과
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미 과학자, 오래 기다려온 핵융합 획기적 성과
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- 미 에너지부, 13일(현지시간) 공식 발표 예정
- 무한한 청정에너지 원천 제공의 날 기대, 상용화에는 시간 더 많이 필요
미국, 주요 핵융합 에너지 돌파구 발표 기대 / 사진 : LLNL

미국 캘리포니아 주 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL : Lawrence Livermore National Laboratory)의 국립 점화시설(NIF, National Ignition Facility)의 미국 과학자들은 사상 처음으로 핵융합 반응을 성공적으로 생산, 순수한 에너지 증가로 이어졌다고 CNN이 정통한 소식통을 인용 13일 보도했다.

미국 에너지부는 13일 돌파구를 공식적으로 발표할 예정인 것으로 알려졌다.

이번 실험 결과는 화석연료에 대한 의존을 끝낼 수 있도록 도움을 줄 수 있는 무한한 청정에너지의 원천을 방출하기 위한 수십 년 간의 탐구의 거대한 단계가 될 것으로 기대된다. 수십 년 동안 연구원들은 태양에 동력을 공급하는 핵융합을 재현하기 위해 노력해왔다.

제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 미 에너지장관은 12일 “주요 과학적 돌파구”에 대한 발표를 할 것이라고 발표했다. 그 돌파구 소식은 파이낸셜 타임즈(FT)에 의해 처음 보도됐다.

핵융합은 두 개 이상의 원자가 하나의 더 큰 원자로 융합될 때 발생하는데, 이 과정은 열로서 엄청난 양의 에너지를 생성한다. 전 세계적으로 전기를 공급하는 핵분열과는 달리, 그것은 오래 지속되는 방사성 폐기물을 전혀 발생시키지 않는다.

전 세계의 과학자들은 같은 목표를 달성하기 위해 다른 방법을 사용하면서 이 돌파구를 향해 조금씩 진전해가고 있다.

국립점화시설(NIF) 프로젝트는 "열핵 관성 핵융합(thermonuclear inertial fusion)"이라고 알려진 것에 의해 핵융합으로부터 에너지를 생성한다. 실제로 미국 과학자들은 수소 연료를 포함한 펠릿(pellets)을 거의 200개의 레이저 배열로 발사하여 본질적으로 초당 50회의 속도로 극도로 빠르고 반복적인 폭발을 일으킨다.

중성자와 알파 입자(neutrons and alpha particles)로부터 수집된 에너지는 열로 추출되며, 그 열은 에너지를 생산하는 열쇠를 쥐고 있다.

케임브리지 대학 공학부의 핵융합 전문가인 토니 룰스톤(Tony Roulstone)은 "그것들은 레이저로 외부를 폭격함으로써 핵융합 반응을 억제하며, 그것들은 외부를 가열시켜 충격파를 발생시킨다“고 설명했다.

핵융합으로 순수한 에너지를 얻는 것이 큰일임에도 불구하고, 현재의 규모로는 전력원이나 난방의 열원이 되기에는 너무 작다.

임페리얼 칼리지(Imperial College) 런던 관성융합연구센터(Centre for Inertial Fusion Studies) 공동 디렉터 제레미 치텐던(Jeremy Chittenden)은 주전자 10개 분량의 물을 끓이는 정도다. 이것을 발전소로 바꾸려면, 보다 큰 에너지를 만들어 낼 필요가 있다고 지적했다.

영국 과학자들은 같은 결과를 내기 위해 토카막(tokamak)이라고 불리는 거대한 자석이 장착된 거대한 도넛 모양의 기계로 일하고 있다.

사라진 질량은 엄청난 양의 에너지로 변환된다. 플라즈마(plasma)는 태양의 중심부보다 10배나 뜨거운 섭씨 1억 5천만 도에 도달해야 한다. 플라즈마를 탈출할 수 있는 중성자들은 토카막의 벽에 있는 장막(blanket)에 부딪히고, 그들의 운동 에너지는 열로 전달된다. 이 열은 물을 데우고, 증기를 만들고, 터빈을 돌려 전력을 생산하는 데 사용될 수 있다.

2021년 옥스포드 근처에서 일하는 과학자들은 기록적인 양의 지속적인 에너지를 생산할 수 있었다. 그럼에도 불구하고, 그것은 5초밖에 지속되지 않았다. 그것이 문제였다.

자석을 사용하든 레이저로 펠릿을 쏘든 결과는 궁극적으로 동일하다. 원자들을 함께 융합하는 과정에 의해 지속되는 열은 에너지를 생산하는 것을 돕는 열쇠를 쥐고 있다. 핵융합 에너지를 이용하는 큰 도전은 전 세계의 전력망과 난방시스템에 전력을 공급할 수 있도록 충분히 오래 유지하는 것이다.

치텐덴과 룰스톤은 CNN에 전 세계 과학자들이 핵융합 프로젝트를 극적으로 확장하고, 비용을 절감하기 위해 노력해야 한다고 말했다. 그것을 상업적으로 이용하려면 수년간의 연구가 더 필요하다.

치텐덴은 “현재 우리가 하는 모든 실험에 엄청난 시간과 돈을 쓰고 있다”면서 “우리는 비용을 크게 줄여야 한다”며 “그러나 핵융합의 새로운 장을 ‘엄청나게 흥분되는 진정한 돌파구의 순간’이라며 기대감을 나타냈다.

룰스톤은 상업적 규모의 전기를 생산할 수 있는 핵융합을 만들기 위해서는 더 많은 작업이 필요하다는 것을 보여준다면서 “반대되는 주장은 이 결과가 전기 생산에 필요한 실제 에너지 증가와는 거리가 멀다는 것”이라고 전하며, “따라서, 그것이 과학의 성공이라고 말할 수 있지만 유용한 에너지를 제공하는 데는 갈 길이 멀다.”는 의견도 있다고 소개, 상용화 실현까지는 수년이 걸릴 것으로 보인다.

CNN 해당 기사 일부 캡처 

 

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