핵융합 연구자들은 지구상에서 별을 생성하는 더 안전하고 효과적인 방법을 찾습니다.

작성자: SciTechDaily2019년 12월 23일

과학자들은 일종의 분말을 플라즈마에 뿌리면 토카막 시설에서 초고온 가스를 활용하여 온실가스 배출이나 장기 방사성 폐기물 없이 열과 전력을 생산할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

A major issue with operating ring-shaped fusion facilities known as tokamaks is keeping the plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">plasma that fuels fusion reactions free of impurities that could reduce the efficiency of the reactions. Now, scientists at the U.S. Department of Energy’s (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPLThe U.S. Department of Energy’s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) is a collaborative national laboratory for plasma physics and nuclear fusion science. Its primary mission is research into and development of fusion as an energy source for the world." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">PPPL)은 일종의 분말을 플라즈마에 뿌리면 토카막 시설 내에서 초고온 가스를 활용하여 열을 생산하고 온실 가스나 장기 방사성 폐기물을 생성하지 않고 전기를 생산하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다.

태양과 별을 구동하는 힘인 핵융합은 자유 전자와 원자핵으로 구성된 뜨겁고 충전된 물질 상태인 플라즈마 형태의 가벼운 요소를 결합하여 엄청난 양의 에너지를 생성합니다. 과학자들은 전기를 생산하기 위한 사실상 무한한 전력 공급을 위해 지구에서 핵융합을 재현하려고 합니다.

PPPL 물리학자 Robert Lunsford는 붕소 분말을 핵융합 플라즈마에 주입하면 핵융합 반응에 도움이 될 수 있음을 보여주는 연구를 완료했습니다. 출처: Elle Starkman / PPPL 커뮤니케이션 사무국

"이 실험의 주요 목표는 분말 주입기를 사용하여 붕소 층을 쌓을 수 있는지 확인하는 것이었습니다"라고 핵융합 결과를 보고하는 논문의 주요 저자인 PPPL 물리학자 Robert Lunsford가 말했습니다. "지금까지 실험은 성공한 것 같습니다."

붕소는 텅스텐으로 알려진 원소가 토카막 벽에서 플라즈마로 침출되는 것을 방지하여 플라즈마 입자를 냉각시키고 핵융합 반응을 덜 효율적으로 만들 수 있습니다. 붕소 층은 "붕소화"라고 알려진 공정을 통해 플라즈마와 마주하는 표면에 적용됩니다. 과학자들은 핵융합 반응을 극대화하고 이에 따라 전기를 생성하는 열을 최대화하기 위해 플라즈마를 가능한 한 뜨겁게(태양 표면보다 최소 10배 더 뜨겁게) 유지하기를 원합니다.

붕소화를 제공하기 위해 분말을 사용하는 것은 오늘날 사용되는 방법인 디보란이라는 붕소 가스를 사용하는 것보다 훨씬 안전합니다. Lunsford는 “디보란 가스는 폭발성이 있기 때문에 모든 사람은 공정 중에 토카막이 있는 건물을 떠나야 합니다.”라고 말했습니다. “반면에 붕소 분말을 플라즈마에 떨어뜨릴 수 있다면 관리가 훨씬 쉬울 것입니다. 디보란 가스는 폭발적이고 독성이 있는 반면, 붕소 분말은 불활성입니다.”라고 그는 덧붙였습니다. "이 새로운 기술은 덜 방해적이고 확실히 덜 위험할 것입니다."

또 다른 장점은 물리학자가 붕소 가스 공정 중에 토카막 작업을 중단해야 하지만 기계가 작동하는 동안 붕소 분말을 플라즈마에 추가할 수 있다는 것입니다. 지속적인 전력 공급을 위해서는 미래의 핵융합 시설이 오랫동안 중단 없이 가동되어야 하기 때문에 이 기능이 중요합니다. Lunsford는 "이것은 정상 상태 핵융합 기계에 도달하는 한 가지 방법입니다."라고 말했습니다. "기계를 완전히 끄지 않고도 붕소를 더 추가할 수 있습니다."

토카막의 내부 표면을 코팅하기 위해 분말 점적기를 사용하는 다른 이유가 있습니다. 예를 들어 연구원들은 붕소 분말을 주입하는 것이 플라즈마에 질소 가스를 불어넣는 것과 동일한 이점이 있다는 것을 발견했습니다. 두 기술 모두 플라즈마 가장자리의 열을 증가시켜 플라즈마가 자기장 내에 얼마나 잘 갇혀 있는지를 증가시킵니다.