수세기 동안, 인간은 꿈을 꾸었습니다. 태양의 힘을 이용하여 여기 지구에서 우리의 삶에 활력을 불어 넣으려고. 그러나 우리는 태양 에너지를 수집하는 것 이상으로 가고 싶습니다. 그리고 언젠가는 미니 태양으로부터 우리 자신을 생성합니다. 매우 복잡한 과학 및 공학 문제를 해결할 수 있다면 융합 에너지는 녹색, 안전, 무제한 에너지 원. 단지에서 하루에 물에서 추출한 1kg의 중수소 수십만 개의 가정에 전력을 공급할 수있을만큼 충분한 전기가 공급 될 수 있습니다.

1950s, 과학 및 엔지니어링 연구 이후 엄청난 발전을 가져왔다. 수소 원자가 자립 반응으로 융합되도록 강제하는 것 작지만 증명할만한 금액 융합 에너지. 회의론자들과 지지자들 모두 가장 중요한 두 가지 과제, 즉 장기간에 걸친 반응을 유지하고 전기 융합 전력을 활용할 물질적 구조를 고안하는 것이 가장 중요합니다.

융합 연구원으로서 Princeton Plasma Physics Lab현실적으로, 최초의 상업 융합 발전소는 적어도 25 년이나 떨어져 있습니다. 그러나이 세기의 후반에 도착하기위한 특대 혜택의 잠재 성은 우리가 계속 일해야한다는 것을 의미합니다. 퓨전의 실현 가능성에 대한 주요 시연은 조기에 성취 될 수 있으며 그렇게해야 융합 권력이 우리의 에너지 미래를 계획하는 데 통합 될 수 있습니다.

태양열, 천연 가스 및 핵분열과 같은 다른 형태의 발전과는 달리, 융합은 미니어처로 발전 될 수 없으며 단순하게 확장 될 수 없습니다. 실험 단계가 크고 구축에 시간이 필요합니다. 그러나 풍부한 청정 에너지의 문제는 인류를위한 주요한 부름 다음 세기 이상. 가장 유망한 에너지 원을 완전히 이용하지 않는 것은 무모 할 것입니다.

왜 융합의 힘인가?

융합에서 수소 원자의 두 핵 (중수소와 삼중 수소 동위 원소) 함께 융합하다. 이것은 상대적으로하기가 어렵습니다 : 두 핵 모두 양전하를 띠며 따라서 서로 격퇴합니다. 그들이 충돌 할 때 매우 빠르게 움직이는 경우에만, 그들은 부숴지고, 융합되어, 우리가 겪고있는 에너지를 방출합니다.

이것은 햇볕에 자연스럽게 발생합니다. 여기 지구에서, 우리는 강력한 자석을 사용하여 매우 충전 된 중수소 및 삼중 수소 핵과 전자의 고온 가스를 담고 있습니다. 이 뜨겁고 충전 된 가스는 플라즈마라고합니다.

플라스마는 100 백만 ℃ 이상으로 매우 뜨겁습니다. 양극으로 충전 된 핵이 전기 반발과 융합을 극복 할만큼 빠르게 움직입니다. 핵이 융합되면 두 개의 에너지 입자, 즉 알파 입자 (헬륨 원자의 핵)와 중성자를 형성합니다.

이러한 고온으로 플라즈마를 가열하는 것은 많은 양의 에너지를 필요로하는데, 이는 융합이 시작되기 전에 원자로에 투입되어야한다. 그러나 일단 그것이 이루어지면 융합은 자체 열을 유지할 수있는 충분한 에너지를 생산할 잠재력을 가지고 있으며 과도한 열을 방출하여 사용 가능한 전기로 전환 할 수 있습니다.

핵융합 발전을위한 연료는 본질적으로 풍부하다. 중수소는 물에 풍부하고 원자로 자체는 리튬으로부터 삼중 수소를 만든다.. 그리고 대부분의 지역 천연 자원과 무관하게 모든 국가에서 이용 가능합니다.

퓨전 파워가 깨끗합니다. 그것은 온실 가스를 방출하지 않고 오직 헬륨과 중성자만을 생산합니다.

그것은 안전하다. 있다 가출 반응에 대한 가능성 없음핵분열 "붕괴"처럼. 오히려 오작동이 있으면 혈장이 냉각되고 핵융합 반응이 멈춘다.

이러한 모든 속성은 수십 년 동안 연구에 동기를 부여했으며 시간이 지남에 따라 더욱 매력적으로 변했습니다. 그러나 긍정적 인 측면은 융합의 중요한 과학적 도전과 조화를 이룹니다.

현재까지의 진행 상황

융합의 진행은 두 가지 방법으로 측정 할 수 있습니다. 첫 번째는 고온 플라즈마에 대한 기본적인 이해에있어 엄청난 발전입니다. 과학자들은 새로운 물리학 분야를 개발해야했습니다. 플라즈마 물리학 - 강력한 자기장에 플라즈마를 가두는 방법을 생각한 다음, 가열하고, 안정화시키고, 난류를 제어하고, 수퍼 타임 플라즈마의 특성을 측정하는 능력을 발전시킵니다.

관련 기술도 엄청나게 발전했습니다. 우리는 가지고있다. 국경을 자석으로 밀다., 전자파 소스 및 입자 빔을 플라즈마를 포함하고 가열한다.. 우리는 또한 기술을 개발하여 재료는 강렬한 열을 견딜 수 있습니다. 현재의 실험에서 플라즈마의

퓨전의 행보를 상업화하기위한 실제 측정 기준을 쉽게 전달할 수 있습니다. 그 중에서도 실험실에서 생성 된 융합 전력은 다음과 같습니다. 융합 전력 생성은 1970에서 밀리 와트에서 10 메가 와트 (프린스턴 플라즈마 물리 연구소에서)로 상승했습니다. 1 초 동안 16 메가 와트 (영국의 Joint European Torus에서) 1990에서.

연구의 새로운 장

이제 국제 과학계는 프랑스에서 거대한 융합 연구 시설을 건설하기 위해 단합 노력하고 있습니다. 호출 됨 ITER ( "길"에 대한 라틴어),이 공장은 한 번에 약 8 분 동안 열 융합 전력의 500 메가 와트를 생성합니다. 이 전력이 전기로 변환되면 150,000 가정에 전력을 공급할 수 있습니다. 실험으로, 우리는 지속적으로 기능 할 융합 발전소를 준비하기 위해 과학 및 엔지니어링의 주요 문제를 시험 할 수 있습니다.

ITER는 "토카막, "원래 러시아어 약자. 그것은 플라즈마 자체에서 흐르는 전류에 의해 부분적으로 생성되는 매우 강한 자기장에 한정된 도넛 모양의 플라즈마를 포함합니다.

연구 프로젝트로 설계되었지만 전기 에너지의 순 생산자가 아니기 때문에 ITER는 플라즈마를 가열하는 데 필요한 10 메가 와트보다 50 배 더 많은 융합 에너지를 생산할 것입니다. 이것은 거대한 과학적 단계로서, 최초의 "연소 플라즈마"플라즈마를 가열하는 데 사용되는 에너지의 대부분은 융합 반응 자체에서 비롯된다.

ITER는 세계 인구의 절반을 대표하는 정부: 중국, 유럽 연합, 인도, 일본, 러시아, 한국, 미국. 융합 에너지의 필요성과 약속에 대한 강력한 국제 성명서.

앞으로가는 길

여기에서 퓨전 파워를 향한 나머지 경로는 두 가지 요소로 구성됩니다. 첫째, 우리는 토카막에 대한 연구를 계속해야합니다. 이것은 한 달에 몇 달 동안 안정된 상태로 플라즈마를 유지할 수 있도록 물리학과 공학을 발전시키는 것을 의미합니다. 우리는 태양 표면의 열유속의 5 분의 1과 같은 양의 열을 견딜 수있는 물질을 장기간 동안 개발해야 할 것입니다. 그리고 우리는 중성자를 흡수하고 삼중 수소를 번식시키기 위해 원자로 코어를 덮을 물질을 개발해야합니다.

융합 경로의 두 번째 요소는 융합의 매력을 향상시키는 아이디어를 개발하는 것입니다. 네 가지 아이디어는 다음과 같습니다.

1) 컴퓨터를 사용하여 물리학과 공학의 제약 조건에서 핵융합로 설계를 최적화하십시오. 인간이 계산할 수있는 것을 넘어, 이러한 최적화 된 설계는 꼬인 도넛 모양 매우 안정적이며 몇 달 동안 자동으로 작동 할 수 있습니다. 이들은 융합 사업에서 "스텔라 레이터 (stellarators)"라고 불립니다.

2)보다 더 강하고 작을 수있는 새로운 고온 초전도 자석 개발 오늘의 최고. 이를 통해 우리는 더 작고 저렴한 퓨전 원자로를 만들 수 있습니다.

3) 고체가 아닌 액체 금속을 플라즈마를 둘러싼 물질로 사용합니다. 액체 금속은 부서지지 않는다.주변 물질이 플라즈마와 접촉했을 때 어떻게 작용하는지에 대한 엄청난 도전에 대한 가능한 해결책을 제공합니다.

4) 도넛 모양의 플라즈마를 포함하는 빌딩 시스템 중앙에 구멍이 없다., 구형과 거의 같은 모양의 플라즈마. 이러한 접근법 중 일부는 약한 자기장에서도 기능 할 수 있습니다. 이 "소형 토리"및"로우 필드 (low-field) "접근법은 또한 크기 및 비용 절감의 가능성을 제공합니다.

정부가 후원하는 연구 프로그램 전 세계에서 두 구성 요소의 요소에 대한 연구가 진행 중이며 융합 에너지에 대한 모든 접근법 (우주와 산업에서의 플라즈마에 대한 우리의 이해뿐만 아니라)에 도움이되는 결과를 얻게 될 것입니다. 지난 10에서 15 년 사이에, 민간 기업도이 노력에 동참했다.특히 컴팩트 토리 (compact tori)와 저전력 분야의 혁신을 추구합니다. 진보가 올 것이고 풍부하고 깨끗하며 안전한 에너지를 가져올 것입니다.

저자에 관하여

Stewart Prager, 천체 물리학 교수, Princeton Plasma Physics Laboratory 전 이사, Princeton University 그리고 Princeton Plasma Physics Laboratory의 연구 부국장 인 Michael C. Zarnstorff는 " Princeton University

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[편집자 주 : 여기에 주의 메시지 융합 에너지에 관한 것.]

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