[뉴욕타임즈] 과학자들이 발표할 주요 핵융합 에너지 돌파구

뉴욕타임즈의 기사를 번역기로 번역한 포스팅입니다.
원문 기사는 아래의 링크를 확인하세요.

https://www.nytimes.com/2022/12/12/science/nuclear-fusion-energy-breakthrough.html

Major Fusion Energy Breakthrough to Be Announced by Scientists

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Lawrence Livermore 국립 연구소에서 레이저로 연구하는 연구원들은 미래의 에너지원으로 이어질 수 있는 큰 발전을 이루었다고 말할 것으로 예상된다.

 

• 작성자 : Kenneth Chang
• 작성일 : Mon, 12 Dec 2022 21:07:51 +000

 

정부 관계자에 따르면 연방 핵무기 시설의 과학자들은 미래에 풍부한 에너지원으로 이어질 수 있는 핵융합 연구에 잠재적으로 상당한 진전을 이루었다고 한다. 에너지부는 캘리포니아주 로렌스 리버모어 국립연구소에서 "주요 과학적 돌파구"가 마련됐다고 화요일 발표할 예정이다. 제니퍼 그랜홈 에너지부 장관과 백악관을 비롯한 에너지부 관계자들이 참석할 것으로 예상된다. 파이낸셜 타임즈는 일요일에 과학적인 진보는 거대한 레이저를 사용하여 핵무기의 폭발을 잠시 모방하는 조건을 만드는 국립 점화 시설 (NIF)과 관련이 있다고 보도했다. 아직 공개되지 않은 결과에 대해 논의하기 위해 익명으로 말한 정부 관계자는 NIF에서의 핵융합 실험이 발생한 핵융합 에너지가 반응을 시작한 레이저 에너지와 같은 점화로 알려진 것을 달성했다고 말했다. 점화는 1의 에너지 이득이라고도 합니다. 같은 이유로 익명으로 발언한 결과에 정통한 과학자도 NIF가 발화를 달성했다는 사실을 확인했다.

 

그러한 발전은 미국이 핵실험 없이 핵무기를 유지할 수 있는 능력을 향상시킬 것이며 언젠가는 레이저 핵융합을 탄소 없는 에너지원으로 사용할 수 있는 미래 발전의 발판을 마련할 수 있을 것이다. 비록 아직 공식적으로 발표되지 않았지만, 이 소식은 융합을 연구하는 물리학자들과 다른 과학자들 사이에서 빠르게 퍼져나갔다. 스테판 보드너 은퇴한 플라즈마 물리학자는 "어제 한 과학자 친구가 리버모어가 지난 주 에너지 증가량을 초과했으며 화요일에 결과를 발표할 것이라는 내용의 메모를 보내왔다"고 월요일 아침 이메일에서 말했다. "그들은 그들의 목표에 도달한 것에 대해 칭찬을 받을 자격이 있습니다." Hope for Fusion Energy Nucleus는 태양 내부에서 일어나는 과정을 복제하는 것으로, 세계의 에너지 도전에 대한 가능한 해결책으로 여겨진다. 주요 돌파구: 과학자들은 핵융합 연구에서 잠재적으로 중요한 진전을 발표할 것으로 기대된다. 여기 핵융합에 대해 알아야 할 것이 있습니다. 현실을 향한 발전: 지구온난화에 대한 경각심이 높아지는 가운데 스타들의 에너지를 추구하는 스타트업에 장문의 자금이 유입되고 있다. 신흥 산업: 수십 개의 스타트업과 막대한 자금을 지원받은 정부 개발 프로젝트가 상업용 핵융합로를 건설하기 위한 노력을 추구해 왔다. 청정 에너지 드림 머신: 대부분의 핵융합 시도는 토카막으로 알려진 도넛 모양의 원자로를 사용했다. 이것이 그들의 작동 방식입니다. 핵융합이란 무엇인가? 핵융합은 태양과 다른 별들에 동력을 공급하는 열핵반응으로, 수소 원자가 헬륨으로 융합되는 것이다. 헬륨의 질량은 원래의 수소 원자보다 약간 작다. 따라서 아인슈타인의 상징적인 E=mc² 방정식에 의해 질량의 차이는 에너지의 폭발로 변환된다. 지구상에서 통제된 방식으로 생산될 수 있는 핵융합은 현재의 원자력 발전소처럼 석탄이나 석유와 같은 온실가스나 위험하고 오래 지속되는 방사성 폐기물을 생산하지 않는 에너지원을 의미할 수 있다.

 

별 없이 어떻게 핵융합을 만들 수 있을까요? 지금까지 대부분의 핵융합 시도는 토카막으로 알려진 도넛 모양의 원자로를 사용했다. 원자로 내에서, 수소 가스는 충분히 뜨거운 온도로 가열되어 전자가 수소 원자핵에서 벗겨져 나가면서 플라즈마(양전하를 띤 원자핵과 음전하를 띤 전자의 구름)를 형성한다. 자기장은 플라즈마를 도넛 모양 안에 가두고, 핵은 함께 융합하여 중성자가 밖으로 날아가는 형태로 에너지를 방출한다. 그러나 화요일의 발표는 다른 접근법을 포함한다. NIF는 연필 지우개 크기의 금속 실린더를 향해 동시에 발사되는 192개의 거대한 레이저로 구성되어 있다. 약 화씨 540만 도까지 가열된 실린더는 기화되어 X선의 내폭을 발생시키며, 이는 다시 BB 크기의 두 개의 무거운 수소 형태인 동결 중수소와 삼중수소 펠릿을 가열하고 압축한다. 내폭로는 수소를 헬륨으로 융합시켜 핵융합을 일으킨다.

 

지금까지 어떤 레이저 융합 발전이 이루어졌는가? 35억 달러를 들여 건설된 NIF의 주요 목적은 미국이 핵실험 폭발 없이 핵무기를 유지할 수 있도록 돕는 실험을 수행하는 것이다. 찬성론자들은 또한 그것이 실행 가능한 상업용 발전소로 이어질 수 있는 핵융합 연구를 진전시킬 수 있다고 말했다. 그러나 NIF는 처음에는 핵융합을 거의 일으키지 않았다. 2014년, 리버모어의 과학자들은 마침내 성공을 보고했지만, 그 때 생산된 에너지는 미미했는데, 이는 60와트 전구가 5분 동안 소비하는 에너지와 맞먹는 양이었다. 작년에 리버모어의 과학자들은 10조 와트의 에너지가 폭발했다고 발표했는데, 이는 레이저 빛이 수소 목표물에 도달하는 에너지의 70%에 해당하는 것이었습니다. 그러나 폭발은, 본질적으로 작은 수소 폭탄으로, 100조분의 1초밖에 지속되지 않았다. 일요일 파이낸셜 타임즈의 보고서는 리버모어가 최근 실험에서 생산된 핵융합 에너지가 수소 목표물에 도달하는 레이저 에너지의 양을 초과한다고 발표할 것이라고 시사한다.

 

이를 위해서는 핵융합 반응이 자주적이어야 하는데, 이는 펠릿의 중심에 있는 뜨거운 지점에서 바깥쪽으로 흐르는 입자의 급류가 수소 원자를 둘러싸고 가열되어 융합을 야기한다는 것을 의미한다. 핵융합 발전의 장애물은 무엇인가? 중요한 경고는 이 주장이 수소 표적에 부딪히는 레이저 에너지에 초점을 맞추고 있다는 것이다. NIF의 레이저는 매우 비효율적인데, 이것은 레이저를 작동시키는 데 사용되는 에너지의 아주 작은 부분만이 실제로 빔 자체로 만들어 낸다는 것을 의미한다. 고체 레이저와 같은 더 현대적인 기술은 더 효율적이지만 100% 핵융합과는 거리가 멀다. 화요일 발표는 곧 저렴한 핵융합 에너지를 갖게 된다는 뜻인가요? 아니요. 과학자들이 핵융합의 더 큰 폭발을 일으키는 방법을 알아내더라도, 엄청난 공학적 장애물은 남아 있을 것입니다. NIF의 실험은 한 번에 하나의 폭발을 연구했다. 이 개념을 사용하는 실용적인 핵융합 발전소는 각각의 폭발에 대해 새로운 수소 표적이 제자리에 미끄러져 들어가는 레이저 폭발의 기관총 속도를 필요로 할 것이다. 그러면 핵융합 반응에서 바깥쪽으로 날아가는 중성자의 급류가 전기로 변환되어야 할 것이다. 레이저 단지는 건물을 축구장 3개에 해당하는 발자국으로 채웁니다. 상업용 발전소로는 너무 크고, 너무 비싸고, 너무 비효율적입니다. 정확한 수소 표적을 대량 생산하기 위한 제조 공정이 개발되어야 할 것이다.