미국 과학자들은 핵융합으로부터 에너지를 생성한다는 오랫동안 달성하기 어려운 목표에 있어 중대한 돌파구라고 부르는 것을 발표했습니다.
미국 에너지부는 13년 2022월 XNUMX일에 과학자들이 수십 년의 노력 끝에 처음으로 투입해야 했던 것보다 더 많은 에너지를 공정에서 얻을 수 있었다고 말했습니다.
그러나 개발이 얼마나 중요합니까? 그리고 풍부하고 깨끗한 에너지를 제공하는 퓨전의 오랜 꿈은 얼마나 먼가요? 캐롤린 쿠란츠핵융합 기록을 깨뜨린 시설에서 일했던 미시간 대학의 핵 공학 부교수인 은 이 새로운 결과를 설명하는 데 도움을 줍니다.
퓨전 챔버에서 무슨 일이 있었나요?
퓨전 두 개의 원자를 결합하여 총 질량이 약간 적은 하나 이상의 새로운 원자를 생성하는 핵 반응입니다. 질량의 차이는 아인슈타인의 유명한 방정식 E = mc로 설명된 대로 에너지로 방출됩니다.2 , 여기서 에너지는 질량 곱하기 빛의 속도 제곱과 같습니다. 빛의 속도는 엄청나기 때문에 핵융합에서 일어나는 것과 같이 아주 작은 양의 질량을 에너지로 변환해도 마찬가지로 엄청난 양의 에너지가 생성됩니다.
미국 정부의 연구원 국립 점화 시설 캘리포니아에서 처음으로 "융합 점화"로 알려진 것을 시연했습니다. 점화는 핵융합 반응이 외부 소스에서 반응에 투입되는 것보다 더 많은 에너지를 생성하고 자체적으로 유지되는 경우입니다.
National Ignition Facility에서 사용된 기술은 한 번에 192개의 레이저를 쏘는 것과 관련이 있습니다. 0.04인치(1mm) 연료 펠렛 중수소와 삼중수소(여분의 중성자가 있는 수소 원소의 두 가지 버전)로 만들어 금통에 담았습니다. 레이저가 캐니스터에 부딪히면 X-선이 생성되어 연료 알갱이를 납 밀도의 약 20배, 화씨 5만도(섭씨 3만도) 이상으로 가열하고 압축합니다. 태양. 이러한 조건을 충분히 오랫동안 유지할 수 있다면 연료가 융합되어 에너지를 방출합니다..
연료와 캐니스터는 실험 중에 수십억분의 XNUMX초 이내에 기화됩니다. 그런 다음 연구원들은 장비가 열을 견디고 핵융합 반응에 의해 방출되는 에너지를 정확하게 측정하기를 바랍니다.
그래서 그들은 무엇을 성취했는가?
핵융합 실험의 성공 여부를 평가하기 위해 물리학자들은 융합 과정에서 방출되는 에너지와 레이저 내의 에너지 양 사이의 비율을 살펴봅니다. 이 비율은 게인이라고 불리는.
이득이 XNUMX 이상이면 핵융합 과정에서 레이저가 전달한 에너지보다 더 많은 에너지를 방출했음을 의미합니다.
5년 2022월 15일, 국립 점화 시설(National Ignition Facility)은 XNUMX만 줄의 레이저 에너지(헤어드라이어를 XNUMX분 동안 가동하는 데 필요한 전력량)로 연료 알갱이를 쏘았으며 모두 수십억분의 XNUMX초 내에 포함되었습니다. 이것은 핵융합 반응을 일으켰습니다. XNUMX만 줄 방출. 그것은 약 1.5의 이득으로, 이전 기록인 0.7년 2021월 시설에서 달성한 XNUMX.
이 결과는 얼마나 큰 거래입니까?
핵융합 에너지 에너지 생산의 "성배"였습니다. 거의 반세기. 1.5의 증가는 진정으로 역사적인 과학적 돌파구라고 생각하지만 핵융합이 실행 가능한 에너지원이 되기까지는 아직 갈 길이 멀다.
2만 줄의 레이저 에너지는 3만 줄의 융합 수율보다 낮았지만 레이저 생산에 300억 줄 필요 이 실험에 사용된 . 이 결과는 핵융합 점화가 가능하다는 것을 보여주었지만, 단순히 핵융합이 아니라 전체 종단간 시스템을 고려할 때 핵융합이 긍정적인 에너지 반환을 제공할 수 있는 지점까지 효율성을 개선하려면 많은 작업이 필요할 것입니다. 레이저와 연료 사이의 단일 상호 작용.
개선해야 할 사항은 무엇입니까?
과학자들이 이 결과를 얻기 위해 수십 년 동안 꾸준히 개선해 온 많은 융합 퍼즐 조각이 있으며 추가 작업을 통해 이 프로세스를 보다 효율적으로 만들 수 있습니다.
먼저 레이저는 1960에서 발명 된. 미국 정부가 언제 2009년 국가점화시설 준공, 그것은 세계에서 가장 강력한 레이저 시설이었습니다. 대상에 XNUMX만 줄의 에너지. 오늘날 생산되는 50만 줄의 에너지는 지구상에서 다음으로 가장 강력한 레이저. 더 강력한 레이저와 덜 에너지 집약적인 방법으로 강력한 레이저를 생산하면 시스템의 전반적인 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
융합 조건은 지속하기 매우 어려운, 및 캡슐 또는 연료의 작은 결함 에너지 요구량을 증가시키고 효율성을 감소시킬 수 있습니다. 과학자들은 많은 발전을 이루었습니다. 레이저에서 캐니스터로 보다 효율적으로 에너지 전달 그리고 캐니스터에서 연료 캡슐로의 X선 방사, 하지만 현재 약 10 %의 30 총 레이저 에너지의 가 캐니스터와 연료로 전달됩니다.
마지막으로, 연료의 한 부분인 중수소는 자연적으로 바닷물에 풍부하고 삼중수소는 훨씬 희귀하다.. Fusion 자체가 실제로 삼중 수소, 그래서 연구자들은 이 삼중수소를 직접 수확하는 방법을 개발하기를 바라고 있습니다. 한편, 필요한 연료를 생산하는 데 사용할 수 있는 다른 방법.
핵융합으로 가정에서 전기를 생산하려면 이러한 장애물과 기타 과학, 기술 및 공학적 장애물을 극복해야 합니다. 핵융합 발전소의 비용을 미화 3.5억 달러의 국가 점화 시설. 이러한 단계에는 연방 정부와 민간 산업 모두의 상당한 투자가 필요합니다.
전 세계의 다른 많은 실험실과 함께 핵융합을 둘러싼 세계적인 경쟁이 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 다양한 기술을 추구. 그러나 National Ignition Facility의 새로운 결과로 세계는 처음으로 융합의 꿈을 이룰 수 있다.
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이미지 신용 : 미국 에너지부/로렌스 리버모어 국립 연구소
