핵융합 에너지의 획기적인 발전

유럽 ​​과학자들은 별에 동력을 공급하는 에너지 과정인 실용적인 핵융합을 개발하려는 탐구에서 중대한 돌파구를 마련했다고 말합니다.

영국 에 기반을 둔 JET 연구소 는 두 가지 형태의 수소를 압착하여 추출할 수 있는 에너지 양에 대한 자체 세계 기록을 경신했습니다.

핵융합이 지구에서 성공적으로 재창조될 수 있다면, 저탄소, 저방사선 에너지를 거의 무제한으로 공급할 수 있는 잠재력이 있습니다.

실험은 5초 동안 59메가줄의 에너지를 생산했습니다(11메가와트의 전력).

이는 1997년 유사한 테스트에서 달성한 것보다 두 배 이상 많습니다.

그것은 엄청난 에너지 출력이 아닙니다. 약 60개의 주전자에 해당하는 물을 끓일 수 있을 정도입니다. 그러나 의미는 현재 프랑스에서 건설 중인 훨씬 더 큰 핵융합로에 대한 설계 선택을 검증한다는 것입니다.

원자로 연구실의 운영 책임자인 Joe Milnes 박사는 "JET 실험은 우리가 핵융합 발전에 한 걸음 더 다가가게 해주었다"고 말했습니다. "우리는 기계 내부에 작은 별을 만들어 5초 동안 유지하고 고성능을 얻을 수 있음을 시연했습니다. 이는 실제로 우리를 새로운 영역으로 안내합니다."

궁극적으로 이 프로세스는 증기 터빈을 구동하여 전기를 생성하는 데 사용됩니다.

프랑스 남부의 ITER 시설은 EU 회원국, 미국, 중국 및 러시아를 포함한 세계 정부 컨소시엄의 지원을 받고 있습니다. 이번 세기 후반에 핵융합이 신뢰할 수 있는 에너지 공급자가 될 수 있음을 증명하는 마지막 단계가 될 것으로 예상됩니다.

핵융합을 기반으로 하는 미래 발전소를 운영하면 온실 가스가 발생하지 않고 매우 적은 양의 단기 방사성 폐기물만 발생합니다.

JET의 CEO인 Ian Chapman 교수는 "우리가 방금 완료한 이러한 실험은 성공해야 했습니다."라고 말했습니다. "그들이 없었다면 우리는 ITER이 목표를 달성할 수 있을지에 대해 실질적인 우려를 했을 것입니다.

그는  "이것은 큰 위험이었으며 우리가 한 일을 달성했다는 사실은 사람들의 탁월함과 과학적 노력에 대한 신뢰 덕분이었다"고 말했다.

JET 반응기의 벽은 베릴륨과 텅스텐으로 만든 재료로 변경되었습니다.

핵융합은 기존 원자력 발전소를 구동하는 핵분열 반응의 경우처럼 원자핵을 쪼개지 않고 강제로 결합하여 에너지를 방출할 수 있다는 원리에 따라 작동합니다.

태양의 중심부에서 거대한 중력 압력으로 인해 약 1천만 섭씨의 온도에서 이러한 일이 발생할 수 있습니다. 지구에서 가능한 훨씬 낮은 압력에서 핵융합을 일으키는 온도는 1억 섭씨 이상으로 훨씬 높아야 합니다.

그러한 열과의 직접적인 접촉을 견딜 수 있는 물질은 존재하지 않습니다. 따라서 과학자들은 실험실에서 핵융합을 달성하기 위해 과열된 가스 또는 플라즈마가 도넛 모양의 자기장 내부에 유지되는 솔루션을 고안했습니다.

Oxfordshire의 Culham에 위치한 JET(Joint European Torus)는 거의 40년 동안 이 융합 접근법을 개척해 왔습니다. 그리고 지난 10년 동안 예상되는 ITER 설정을 복제하도록 구성되었습니다.

핵융합 발표는 좋은 소식이지만 슬프게도 기후 변화의 영향을 줄이기 위한 우리의 싸움에는 도움이 되지 않습니다.

핵융합발전이 언제 상용화될지에 대한 불확실성이 크다. 한 추정치는 아마도 20년을 암시합니다. 그런 다음 핵융합은 규모를 확장해야 하며, 이는 아마도 또 다른 수십 년의 지연을 의미할 것입니다.

그리고 여기 문제가 있습니다. 무탄소 에너지에 대한 필요성이 시급합니다. 정부는 영국의 모든 전기가 2035년까지 탄소 배출량을 0으로 만들어야 한다고 약속했습니다. 이는 원자력, 재생 에너지 및 에너지 저장을 의미합니다.

내 동료인 Jon Amos는 "융합은 우리를 2050년 제로로 만드는 솔루션이 아닙니다. 이것은 금세기 후반에 사회에 힘을 실어주는 솔루션입니다."라고 말했습니다.

플라스마를 만들기 위해 프랑스 연구소가 선호하는 "연료"는 중수소와 삼중수소라고 불리는 수소의 두 가지 형태 또는 동위원소가 혼합된 것입니다.

JET는 이러한 동위원소와 함께 효율적으로 작동할 자기장을 둘러싸고 있는 80입방미터의 환상선 용기의 라이닝을 보여달라는 요청을 받았습니다.

1997년의 기록적인 실험을 위해 JET는 탄소를 사용했지만 탄소는 방사성인 삼중수소를 흡수합니다. 따라서 최신 테스트에서 선박의 새 벽은 금속 베릴륨과 텅스텐으로 구성되었습니다. 흡수력이 10배 정도 떨어집니다.

JET 과학 팀은 이 새로운 환경에서 효과적으로 작동하도록 플라즈마를 조정해야 했습니다.

Star Builders: Nuclear Fusion And The Race to Power The Planet의 저자인 Dr. Arthur Turrell은 "이것은 역사상 어떤 장치의 핵융합 반응에서 나오는 가장 많은 에너지 출력을 보여주었기 때문에 놀라운 결과입니다."라고 말했습니다.

"5초에 걸쳐 플라즈마의 안정성을 입증했기 때문에 획기적인 일입니다. 그리 길지는 않지만 핵 시간 척도에서는 매우 긴 시간입니다. 그리고 5초에서 5초로 넘어가는 것은 매우 쉽습니다. 몇 분, 또는 5시간, 또는 그 이상."

1984년 프랑수아 미테랑(François Mitterrand) 프랑스 대통령과 여왕이 공식적으로 JET를 열었습니다.

JET는 구리 전자석이 너무 뜨거워지기 때문에 실제로 더 이상 실행할 수 없습니다. ITER의 경우 내부 냉각 초전도 자석이 사용됩니다.

실험실의 핵융합 반응은 출력할 수 있는 것보다 시작하는 데 더 많은 에너지를 소비하는 것으로 유명합니다. Jet에서는 2개의 500메가와트 플라이휠이 실험을 실행하는 데 사용됩니다.

그러나 플라즈마가 확장됨에 따라 이 적자가 미래에 극복될 수 있다는 확실한 증거가 있습니다. ITER의 환상선 체적은 JET의 10배가 됩니다. 프랑스 연구소가 손익분기점에 도달하기를 바랍니다. 그 다음에 오는 상업 발전소는 전력망에 공급할 수 있는 순 이익을 보여야 합니다.

이것은 긴 게임이며 JET로 일하는 300명 정도의 과학자 중 4분의 1이 경력 초기에 있다는 것이 중요합니다. 그들은 연구의 지휘봉을 앞으로 옮겨야 할 것입니다.

30대인 Athina Kappatou 박사는 "융합은 시간이 오래 걸리고 복잡하고 어렵습니다. "이것이 우리가 한 세대에서 다음 세대로 나아갈 수 있는 과학자, 엔지니어 및 기술 직원이 있음을 보장해야 하는 이유입니다."

그러나 많은 기술적 과제가 남아 있습니다. 유럽에서 이러한 문제는 EU, 스위스 및 우크라이나 전역의 약 5,000명의 과학 및 엔지니어링 전문가로 구성된 Eurofusion 컨소시엄에서 해결하고 있습니다.

영국도 참가국이다. 그러나 ITER에 완전히 참여하려면 영국이 먼저 특정 EU 과학 프로그램에 "연관"해야 합니다. 이는 지금까지 특히 북아일랜드와 관련된 브렉시트 이후 무역 협정에 대한 의견 불일치로 인해 보류되어 왔습니다.

JET는 ITER이 2025년 또는 그 직후에 플라즈마 실험을 시작하면서 2023년 이후에 퇴역할 가능성이 높습니다.

ITER 원자로는 프랑스 남부 Cadarache에서 건설 중입니다.