핵융합은 더 나은 원자로 벽 덕분에 이정표를 세웠습니다.

영국의 한 실험실 과학자들이 통제되고 지속되는 핵융합 반응 동안 생성된 에너지의 양에 대한 기록을 깨뜨렸습니다. 의 생산 59초 동안 XNUMX메가줄의 에너지 영국의 JET(Joint European Torus) 실험에서 일부 뉴스 매체에서 "돌파구"라고 함 물리학자들 사이에서 상당한 흥분을 불러일으켰습니다. 그러나 다음과 관련된 공통 라인 융합 전기 생산 "라는 것입니다.항상 20년 후. "

우리는있다 핵 물리학 자 및 원자력 엔지니어 전기를 생산할 목적으로 제어된 핵융합을 개발하는 방법을 연구하는 사람입니다.

JET 결과는 융합 물리학의 이해에 있어 놀라운 발전을 보여줍니다. 그러나 그만큼 중요한 것은 핵융합로의 내벽을 구성하는 데 사용된 새로운 재료가 의도한 대로 작동했다는 것입니다. 새로운 벽 건설이 제대로 수행되었다는 사실은 이러한 결과를 이전 이정표와 분리하고 자기 융합을 높이는 것입니다. 꿈에서 현실을 향해.

입자를 함께 융합

핵융합은 두 개의 원자핵이 하나의 복합핵으로 합쳐지는 것이다. 그런 다음 이 핵은 분해되어 반응에서 멀어지는 새로운 원자와 입자의 형태로 에너지를 방출합니다. 핵융합 발전소는 탈출하는 입자를 포착하고 에너지를 사용하여 전기를 생성합니다.

몇 가지가 있습니다 지구에서 핵융합을 안전하게 제어하는 ​​다양한 방법. 우리 연구는 JET가 취한 접근 방식에 중점을 둡니다. 원자를 가두는 강력한 자기장 그들이 융합하기에 충분히 높은 온도로 가열될 때까지.

현재 및 미래 원자로의 연료는 수소의 두 가지 다른 동위 원소입니다. 즉, 양성자는 하나이지만 중성자는 다른 수입니다. 중수소와 삼중수소. 일반 수소는 핵에 하나의 양성자와 중성자가 없습니다. 중수소에는 양성자 XNUMX개와 중성자 XNUMX개가 있고, 삼중수소에는 양성자 XNUMX개와 중성자 XNUMX개가 있습니다.

핵융합 반응이 성공하려면 먼저 연료 원자가 너무 뜨거워져서 전자가 핵에서 분리되어야 합니다. 이것은 양이온과 전자의 집합인 플라즈마를 생성합니다. 그런 다음 플라즈마가 화씨 200억도(섭씨 100억)가 넘는 온도에 도달할 때까지 플라즈마를 계속 가열해야 합니다. 이 플라즈마는 고밀도의 밀폐된 공간에 충분히 오랜 시간 동안 보관되어야 합니다. 연료 원자가 서로 충돌하고 함께 융합.

지구에서 핵융합을 제어하기 위해 연구원들은 도넛 모양의 장치를 개발했습니다.토카막이라고 불리는 - 자기장을 사용하여 플라즈마를 포함합니다. 도넛 내부를 감싸는 자기장 라인은 다음과 같이 작용합니다. 이온과 전자가 추적하는 기차. 플라즈마에 에너지를 주입하고 가열하면 연료 입자를 고속으로 가속하여 충돌할 때 서로 튀는 대신 연료 핵이 함께 융합됩니다. 이런 일이 일어나면 그들은 에너지를 방출하고, 주로 빠르게 움직이는 중성자의 형태로 존재.

핵융합 과정에서 연료 입자는 뜨겁고 조밀한 핵에서 점차 멀어져 결국 핵융합 용기의 내벽과 충돌합니다. 핵융합 연료를 오염시키는 이러한 충돌로 인해 벽이 저하되는 것을 방지하기 위해 원자로가 건설되어 방향전환 입자라고 하는 중장갑 챔버로 방향을 바꾸는 입자를 전달합니다. 이렇게 하면 전환된 입자가 펌핑되고 ​​과도한 열을 제거하여 토카막을 보호합니다.

벽이 중요하다

과거 원자로의 주요 한계는 전환기가 몇 초 이상 지속적인 입자 폭격에서 살아남을 수 없다는 사실이었습니다. 핵융합 발전소가 상업적으로 작동하도록 하려면 엔지니어는 핵융합에 필요한 조건에서 수년간 사용할 수 있는 토카막 선박을 건조해야 합니다.

전환기 벽은 첫 번째 고려 사항입니다. 연료 입자는 전환기에 도달했을 때 훨씬 더 차갑지만 여전히 충분한 에너지를 가지고 있습니다. 다이버터와 충돌할 때 다이버터의 벽 재료에서 원자를 느슨하게 노크하십시오.. 이전에는 JET의 다이버터에 흑연으로 된 벽이 있었지만 흑연은 실제 사용을 위해 너무 많은 연료를 흡수하고 가둡니다..

2011년경, JET의 엔지니어들은 다이버터와 내부 용기 벽을 텅스텐으로 업그레이드했습니다. 텅스텐은 어떤 금속보다 녹는점이 가장 높기 때문에 부분적으로 선택되었습니다. 우주왕복선 노즈콘보다 10배 높아 지구 대기권으로 재진입. 토카막의 내부 용기 벽은 흑연에서 베릴륨으로 업그레이드되었습니다. 베릴륨은 핵융합로의 열적, 기계적 성질이 우수합니다. 흑연보다 연료를 덜 흡수하지만 여전히 고온을 견딜 수 있습니다..

JET가 생산한 에너지가 헤드라인을 장식했지만 실제로 실험을 진정으로 인상적으로 만드는 것은 새로운 벽 재료의 사용이라고 주장합니다. 미래 장치는 더 오랜 기간 동안 고출력에서 작동하기 위해 보다 견고한 벽이 필요하기 때문입니다. 시간. JET는 차세대 핵융합로를 구축하는 방법에 대한 성공적인 개념 증명입니다.

차세대 핵융합로

JET 토카막은 현재 가동 중인 가장 크고 가장 진보된 자기융합로이다. 그러나 차세대 원자로는 이미 작업 중입니다. 가장 주목할만한 것은 ITER 실험, 2027년 가동 예정. 라틴어로 '길'을 뜻하는 ITER는 프랑스에서 공사중 미국을 포함하는 국제기구가 자금을 지원하고 감독합니다.

ITER은 JET가 실행 가능한 것으로 보여진 많은 물질적 발전을 사용할 것입니다. 그러나 몇 가지 중요한 차이점도 있습니다. 첫째, ITER는 방대합니다. 융합 챔버는 37피트(11.4미터)의 높이와 63피트(19.4미터)의 둘레, JET보다 XNUMX배 이상 큽니다. 또한 ITER은 다음을 생산할 수 있는 초전도 자석을 활용합니다. 더 오랜 시간 동안 더 강한 자기장 JET의 자석과 비교됩니다. 이러한 업그레이드를 통해 ITER은 에너지 출력과 반응 지속 시간 모두에서 JET의 핵융합 기록을 깨뜨릴 것으로 예상됩니다.

ITER은 또한 핵융합 발전소 아이디어의 핵심인 연료를 가열하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생산할 것으로 예상됩니다. 모델은 ITER가 연료를 가열하는 데 500MW의 에너지만 소비하면서 400초 동안 지속적으로 약 50메가와트의 전력을 생산할 것으로 예측합니다. 이것은 원자로를 의미합니다 소비한 것보다 10배 더 많은 에너지를 생산— JET에 비해 크게 개선된 생산된 것보다 연료를 가열하는 데 약 XNUMX배 더 많은 에너지 최근 59메가줄 기록.

JET의 최근 기록은 플라즈마 물리학 및 재료 과학에 대한 수년간의 연구가 성과를 거두었으며 과학자들이 발전을 위한 핵융합 활용의 문턱까지 이르게 했음을 보여줍니다. ITER는 산업 규모의 융합 발전소라는 목표를 향한 비약적인 도약을 제공할 것입니다.

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이미지 신용 : 르스윌콕스/위키 미디어 공용

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• 출처: https://singularityhub.com/2022/04/10/nuclear-fusion-hit-a-milestone-thanks-to-better-reactor-walls/