세계 최대 핵융합로 마침내 완성, 시험 가동까지 15년 남았다
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과학자들은 놀라운 일을 해냈지만, 적어도 아직은 모든 것이 실용적인 적용이 가능한 것은 아닙니다. 퓨전은 좋은 예입니다.
Live Science는 세계 최대의 핵융합로가 마침내 완성되었다고 보도했습니다 .
19개의 거대한 코일이 여러 개의 토로이드 자석으로 감겨 있는 국제 핵융합 에너지 프로젝트(ITER) 핵융합로는 원래 2020년에 첫 번째 전체 시험을 시작할 예정이었습니다. 이제 과학자들은 이르면 2039년에 발사될 것이라고 말합니다.
ITER는 세계에서 가장 강력한 자석을 포함하고 있어, 지구를 보호하는 자기장보다 280,000배 강한 자기장을 생성할 수 있습니다.
이 원자로의 인상적인 설계는 엄청난 비용과 함께 제공됩니다. 원래는 약 50억 달러의 비용이 들고 2020년에 가동될 예정이었지만, 지금은 여러 차례 지연되었고 예산은 220억 달러를 넘어섰으며, 추가 비용을 충당하기 위해 50억 달러가 추가로 제안되었습니다. 이러한 예상치 못한 비용과 지연이 가장 최근의 15년 지연의 원인입니다.
과학자들은 70년 이상 별이 타는 과정인 핵융합의 힘을 활용하려고 노력해 왔습니다. 주계열성은 극도로 높은 압력과 온도에서 수소 원자를 융합하여 헬륨을 만들어 물질을 빛과 열로 변환하여 온실 가스나 오래 지속되는 방사성 폐기물을 생성하지 않고도 엄청난 양의 에너지를 생성합니다.
하지만 별의 심장부에서 발견되는 조건을 재현하는 것은 간단한 일이 아닙니다. 핵융합로의 가장 일반적인 설계인 토카막은 플라즈마(양이온과 음전하를 띤 자유 전자로 구성된 물질의 네 가지 상태 중 하나)를 과열한 다음 강력한 자기장이 있는 도넛 모양의 반응기 챔버에 가두는 방식으로 작동합니다.
인상적이지만…
원래 2020년에 건설이 예정되어 있던 원자로가 2039년에 마침내 가동된다면, 정말 감명받을 것 같습니다.
젠장, 우리가 이미 과학적으로 이룬 것에 감명을 받았어요. 하지만 이걸 실제로 적용하는 데는 어떤 게 있을까요?
그러나 핵융합이 일어날 수 있을 만큼 오랫동안 난류와 과열된 플라스마 코일을 유지하는 것은 어려운 일이었습니다. 소련 과학자 나탄 야블린스키는 1958년에 최초의 토카막을 설계했지만, 그 이후로 아무도 흡수하는 것보다 더 많은 에너지를 방출할 수 있는 원자로를 만드는 데 성공하지 못했습니다 .
가장 큰 걸림돌 중 하나는 융합할 만큼 뜨거운 플라스마를 다루는 것입니다. 핵융합로는 별의 핵 내부에서 발견되는 것보다 훨씬 낮은 압력에서 작동해야 하기 때문에 매우 높은 온도(태양보다 몇 배 더 뜨겁습니다)가 필요합니다.
예를 들어 실제 태양의 중심부는 약 2,700만 화씨(1,500만 섭씨)의 온도에 이르지만, 압력은 지구 해수면의 기압보다 약 3,400억 배 높습니다.
플라스마를 이 온도까지 조리하는 것은 비교적 쉬운 부분이지만, 반응기를 통해 타거나 핵융합 반응을 탈선시키지 않도록 플라스마를 통제하는 방법을 찾는 것은 기술적으로 까다롭습니다. 이는 일반적으로 레이저나 자기장으로 수행됩니다 .
온도에 대한 질문과 답변
원자로가 용융 작업을 하지 않고도 2,700만 도의 온도를 생성할 수 있는 방법은 명석하게 생각하는 사람이라면 누구에게나 수수께끼일 것입니다.
이 기사는 답을 제공합니다. 하지만 비용은 얼마이고 멜트다운 없이 얼마나 오래 반응을 지속할 수 있을까요? 다른 문제가 있을까요?
이러한 질문에 대한 답을 얻으려면 Live Science의 2022년 기사를 살펴보겠습니다.
새로운 전력 공급원에 한 걸음 더 가까이
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새로운 실험에서 영국 옥스퍼드 근처 컬럼에 있는 JET(Joint European Torus)는 엄청나게 뜨거운 플라스마를 생성하여 기록적인 59메가줄의 에너지를 방출했습니다. 이는 31파운드(14kg)의 TNT가 폭발했을 때 방출된 에너지와 거의 같습니다.
핵융합은 별의 심장에서 일어나는 반응과 동일하며, 원자핵을 합쳐 더 무거운 핵을 형성합니다. 핵물리학자들은 오랫동안 지구의 원자로에서 핵융합을 일으키려고 노력해 왔습니다. 왜냐하면 그것이 화석 연료를 태우는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 생성하기 때문입니다. 예 를 들어, 국제 열핵실험로(ITER) 프로젝트의 성명에 따르면, 파인애플 크기의 수소 원자는 석탄 10,000톤(9,000미터톤)만큼의 에너지를 제공합니다.
"이 실험을 준비하는 데 몇 년이 걸렸습니다. 그리고 결국 우리는 예측과 모델을 확인하는 데 성공했습니다." 독일 뮌헨 근처 가르힝에 있는 막스 플랑크 플라스마 물리학 연구소의 물리학자 아티나 카파투가 Live Science에 말했습니다. "ITER로 가는 길에 좋은 소식이군요."
1983년에 가동을 시작한 JET는 현재 수소 동위 원소인 중수소와 삼중수소를 연료로 사용합니다. 일반적인 수소 원자는 핵에 중성자가 없지만, 중수소 원자는 중성자가 하나이고 삼중수소 원자는 중성자가 두 개입니다. 현재로서는 중수소-삼중수소 연료로 가동할 수 있는 세계 유일의 발전소이지만, ITER가 가동되면 이를 사용할 것입니다.
그러나 중수소-삼중수소 핵융합은 여러 가지 과제를 안고 있습니다. 예를 들어, 중수소-삼중수소 핵융합은 각각 약 1억 1,600만 mph(1억 8,700만 km/h) 또는 광속의 17.3%로 움직이는 위험한 양의 고에너지 중성자를 생성할 수 있습니다. 너무 빨라서 8초 이내에 달에 도달할 수 있습니다. 따라서 이러한 실험에는 특별한 차폐가 필요합니다 .
새로운 실험을 위해 JET 반응기의 이전 탄소 라이닝은 2009년과 2011년 사이에 베릴륨과 텅스텐의 혼합물로 교체되었으며, 이는 ITER에도 설치될 예정입니다. 이 새로운 금속 벽은 탄소보다 핵융합의 스트레스에 더 강하고 탄소보다 수소에 덜 달라붙습니다. 최근 JET 실험의 핵심 부분을 준비하고 조정하고 이끌었던 카파투가 설명했습니다.
중수소-삼중수소 융합 실험의 또 다른 과제는 삼중수소가 방사능이 있어서 특별한 취급이 필요하다는 사실입니다. 그러나 JET는 1997년에 삼중수소를 취급할 수 있었다고 Kappatou는 지적했습니다.
또한, 중수소는 바닷물에서 풍부하게 이용 가능한 반면, 삼중수소는 극히 드뭅니다. 현재 삼중수소는 핵분열로에서 생산되지만, 미래의 핵융합 발전소는 중성자를 방출하여 자체 삼중수소 연료를 생성할 수 있을 것입니다.
1월에 캘리포니아의 국립점화시설 과학자들은 레이저 구동 핵융합 실험에서 1.3메가줄의 에너지가 100조분의 1초 동안 생성되었다고 밝혔습니다 . 이는 핵융합 반응이 외부에서 유입된 에너지보다 핵활동에서 더 많은 에너지를 생성했다는 신호입니다.
JET가 사용한 구리 전자석은 실험에서 발생한 열로 인해 약 5초 동안만 작동할 수 있었습니다. Kappatou는 "JET는 단순히 더 많은 것을 제공하도록 설계되지 않았습니다."라고 말했습니다. 반면 ITER는 무한정 작동하도록 설계된 극저온 냉각 초전도 자석을 사용할 것이라고 연구자들은 지적했습니다.
질문은 질문을 낳는다
이것들은 놀라운 업적입니다. 하지만 우리는 세계를 뒤흔드는 100조분의 1초 동안 반응을 유지하는 것보다 훨씬 더 잘해야 합니다.
이 이야기에는 뭔가 빠진 게 있습니다. 이미 만들어진 것을 테스트하는 데 왜 최소 15년이 걸리는 걸까요?
또한, 제안된 과정은 영구 운동 기계와 매우 흡사해 보입니다.
원자로는 핵융합을 통해 핵융합을 생성하는 데 필요한 중수-삼중수소를 생산하고, 또한 시스템이 스스로를 보호하기 위해 필요한 자석을 극저온으로 냉각하는 데 필요한 에너지를 생산합니다. 그렇지 않으면 전체가 화씨 2,700만도에서 녹아내립니다.
그게 기본 제안이 아니라면, 누군가 제안을 설명해 주세요. 그게 제안이라면, 추가적인 질문이 생깁니다.
이론이 완벽하게 작동한다고 가정하면, 그 과정은 얼마나 오래 지속될 수 있을까? 생산된 에너지 중 얼마만큼이 생산된 열로부터 시스템을 보호하는 데 필요할까?
ITER 시험은 2020년에 예정되어 있었지만 아무런 설명 없이 2039년으로 일정이 연기되었습니다.
하지만 목표 날짜에 진전이 있었다는 것을 보고하게 되어 기쁩니다. 제가 말하는 것은 영원히 몇 년 밖에 남지 않은 것처럼 보였던 목표가 이제는 더 합리적인 최소 15년 밖에 남지 않았다는 것입니다. 그리고 그것은 단지 테스트를 위한 것입니다.
핵융합은 지구를 구할 수 없을 것이다. 아마도 그럴 가능성은 없을 것이다.
반박
한 사람이 내가 과학이 어떻게 작동하는지 이해하지 못한다고 댓글을 달았습니다. 거짓입니다. 나는 과학이 어떻게 작동하는지 잘 알고 있습니다.
이것이 우리의 주장된 실존적 위협을 해결하든 그렇지 않든, 이것으로부터 유용한 아이디어를 기대해야 합니까?
네, 그렇습니다. 하지만 그것은 제가 말하고자 하는 요점과는 거의 관련이 없습니다.
우리는 2039년에 시험을 치르고 있으며, 2050년까지는 해결하기에는 너무 늦을 것으로 추정되는 실존적 위협이 진행 중입니다.
오늘날 우리는 퓨전이 많은 사람이 바랐던 성배가 아니라는 실용적이고 믿을 수 있는 정보를 가지고 있습니다. 그 사실이 이것에서 유용한 것이 나오지 않을 것이라고 생각한다는 것을 의미하지는 않습니다.
이해하기 쉬운 한 장의 그림으로 본 풍력과 태양광 발전의 무익함
한편, 이해하기 쉬운 한 장의 그림으로 본 풍력과 태양열 발전의 무익함에 대해 논의해 보겠습니다.
모로코는 풍력과 태양광 발전에 모두 이상적인 곳입니다. 햇살이 쨍쨍하고 바람이 많습니다. 하지만 모로코에서 필요한 곳으로 에너지를 어떻게 가져올까요? 어떤 대가를 치르면서?
탄소 중립은 매우 가능성이 낮은 결과입니다
더욱 중요한 것은, 미안 하지만 Green Energy 팬 여러분, 탄소 중립은 매우 불가능한 결과라는 점을 고려해 주십시오.
교토 의정서의 기후 목표와 2050년 목표까지 탄소 순 제로를 달성할 가능성이 사실상 없는 수십 가지 이유에 대해 논의해 보겠습니다.
동의하지 않으시거나, 동의하지 않으시더라도 위의 기사를 읽고 우리가 무엇을 해야 할지, 어떻게 해야 할지, 그리고 누가 비용을 부담해야 할지 알려주시기 바랍니다.
현실적으로, 기존 목표의 완전한 실패 이외에 무엇을 기대해야 할까요?
저는 신화적인 언옵태니엄에 집중하기보다는 그런 사고방식을 따르는 것이 더 낫다고 생각합니다.
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