난관에 봉착한 레이저 핵융합

세계에서 가장 강력한 레이저를 갖춘 시설이 미래의 핵융합기술을 선보이는데 실패하고 핵무기에 대한 연구에 집중하게 되었습니다.

지난 6년 동안 미국 국가점화시설(National Ignition Facility)의 과학자들은 192개의 레이저를 중수소와 삼중수소가 2mm 크기로 압축된 작은 공에 쏘아 핵융합을 성공시키기 위해 노력해 왔습니다.

“우리는 기술적 한계에 부딪혔습니다.”

점화(Ignition)라는 이름의 이 프로젝트에서 과학자들은 홀라움(hohlraum)이라는 원통형 공간이 레이저를 x-선으로 바꾼 후, 이 x-선이 연료를 고온으로 가열해 핵융합이 일어날 것으로 기대해 왔습니다.

“어떤 부분은 목표를 충분히 달성했습니다. 예를 들어 레이저 하나는 1.85 메가줄의 에너지를 전달합니다.”

그러나 예상보다 많은 양의 레이저가 홀라움 바깥으로 새어나온다는 사실을 발견했고, 연료가 비대칭적으로 압축되면서 내부의 압력이 낮아지는 문제도 드러났습니다.

“해결이 가능한 문제들이지만 짧은 시일 내에는 어렵다고 생각됩니다.”

의회의 부정적 평가와 권고에 따라, 이제 이 시설은 지난 92년 이후로 중단되었던 지하 핵실험을 대신하여 노후화된 핵무기들을 검증하는 데 우선순위를 둘 예정입니다. (Nature)

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마침내 눈앞에 다가온 핵융합

매년 화력발전소 하나에 들어가는 연료는 평균 수백만 톤입니다. 그리고 더 많은 양의 이산화탄소가 배출됩니다. 핵융합발전소는 석탄 100톤과 같은 에너지를 내기 위해 물 한 바가지와 노트북 배터리에 들어있는 양 만큼의 리튬만 있으면 됩니다. 이산화탄소도 방출하지 않습니다.  또 원자력 발전소와 달리 방사선 물질도 전혀 남기지 않습니다. 핵융합은 실제로 태양이 에너지를 만들어내는 방식입니다. 태양의 내부에는 수소에서 분리된 전자와 양성자의 바다가 있고 고온과 중력의 도움으로 두 양성자는 하나의 헬륨핵으로 융합됩니다. 핵융합발전소는 보다 쉬운 발전을 위해 지구의 바다에 풍부한 중수소(중성자 하나가 더 붙은 수소)와 삼중수소(중성자 둘이 더 붙은 수소)를 이용합니다.  지금 프랑스에서 건설중인 ITER은 2020년 완공을 목표로 하고 있고, 2030년이면 전기를 생산해낼 것으로 기대되고 있습니다. “태양을 제외하면 어떤 재생에너지도 인간의 수요를 만족시키지 못합니다. 핵융합에너지는 이제 가능성의 단계가 아니라 가격의 단계로 다가왔습니다” (Guardian)

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