핵융합 에너지를 얻기 위한 3가지 조건

목차

핵융합 에너지란?
핵융합 발생을 위한 조건
핵융합 연구 개발의 어려움

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핵융합 에너지란?

핵융합 에너지는 태양과 같은 별에서 일어나는 자연적인 에너지 생산 과정을 지구상에서 재현하는 혁신적인 기술입니다. 핵분열 에너지와 달리 핵융합은 무한한 에너지원을 제공하고 환경 오염도 없기 때문에 미래 에너지원으로 큰 기대를 받고 있습니다. 하지만 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 극도로 높은 온도와 압력, 그리고 안정적인 플라즈마 유지가 필수적이며, 이를 위한 기술적 과제들이 아직 해결되지 않은 상태입니다.

 

핵융합 에너지

 

핵융합 발생을 위한 조건

1. 연료 (바닷물)

핵융합 반응을 위해서는 중수소와 삼중수소이라는 수소의 동위원소가 연료로 필요합니다.

• 중수소: 중수소는 바닷물에서 풍부하게 추출할 수 있습니다. 바닷물 1ℓ에는 약 0.000002g의 중수소가 포함되어 있으며, 이는 석탄 1ℓ의 에너지량과 동일합니다. 즉, 바닷물은 사실상 무한한 핵융합 연료의 원천이라고 볼 수 있습니다.
• 삼중수소: 삼중수소는 핵융합 반응 과정에서 직접 생성되거나, 리튬을 핵융합로 내에서 변환하여 얻을 수 있습니다. 리튬은 지각에 흔하게 존재하며, 전 세계적으로 매장량이 풍부합니다.

따라서, 핵융합을 위한 연료는 주변에서 쉽게 구할 수 있습니다. 

중수소와 삼중수소

 

2. 환경 (1억도의 플라즈마)

핵융합 반응은 1억 도 이상의 극도로 높은 온도에서 일어납니다. 이는 태양 중심부 온도보다도 훨씬 높은 온도이며, 원자핵의 극심한 반발력을 극복하고 융합하기 위한 최소 조건입니다. 플라즈마 상태: 핵융합 연료는 극도로 높은 온도에서 플라즈마 상태로 변환됩니다. 플라즈마는 전하를 띤 입자들의 혼합물로, 고온과 고압으로 인해 원자핵이 자유롭게 움직일 수 있는 상태입니다. 초고온 가열: 플라즈마를 1억 도 이상의 온도로 가열하기 위해서는 다양한 기술들이 사용됩니다. 대표적인 방법으로는 중성 입자 빔 가열, 레이저 가열, 전자기파 가열 등이 있습니다.

 

물질의 4가지 상태

3. 핵융합 장치 (플라즈마의 용기)

1억 도 이상의 초고온 플라즈마를 만들었다고 해서 핵융합 반응이 지속적으로 일어나는 것은 아닙니다. 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 플라즈마를 안정적으로 유지하고 핵융합 반응이 지속될 수 있도록 가둬야 합니다. 이를 위해 강력한 자기장을 이용하는 핵융합 장치가 필요합니다. 토카막 장치, 스텔러레이터 장치, 레이저 핵융합 장치, 마그네틱 미러 장치, 페인트렉스 장치, 필라멘트 핵융합 장치 등이 있습니다. 

 

세계 7개국이 공동으로 프랑스에 건설 중인 초대형 국제행융합실험로(ITER) 개념도 (출처: www.iter.org)

핵융합 연구 개발의 어려움

핵융합 에너지 실현을 위해서는 아직 많은 과제들이 남아 있습니다. 핵융합 반응을 위한 극도로 높은 온도와 압력, 안정적인 플라즈마 유지, 그리고 경제성 확보가 주요 과제입니다. 또한, 핵융합 장치의 건설 및 유지 비용이 매우 높다는 문제도 해결해야 합니다.  하지만, 핵융합 에너지가 상용화된다면, 인류는 무한한 에너지원을 확보하고 지속 가능한 발전을 이루어 낼 수 있을 것 입니다. 

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인공 태양 기술의 원리와 연구 현황

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