그리고 합병?

지난해 말 중국 전문가들이 합성용 원자로를 건설했다는 보고는 충격적이었습니다(1). 중국 국영 언론은 청두의 연구 센터에 위치한 HL-2M 시설이 2020년에 가동될 것이라고 보도했습니다. 언론 보도의 어조는 열핵 융합의 무한한 에너지에 대한 접근 문제가 영원히 해결되었음을 나타냅니다.

세부 사항을 자세히 살펴보면 낙관주의를 식히는 데 도움이 됩니다.

새로운 토카막형 장치지금까지 알려진 것보다 더 발전된 설계로 섭씨 200억도 이상의 온도에서 플라즈마를 생성해야 합니다. 이것은 China National Nuclear Corporation Duan Xiuru의 Southwestern Institute of Physics 소장의 보도 자료에서 발표되었습니다. 이 장치는 프로젝트에 참여하는 중국인에게 기술 지원을 제공합니다. 국제열핵실험로(ITER)뿐만 아니라 건설.

그래서 중국인이 만들었지만 아직 에너지 혁명은 아니라고 생각합니다. 원자로 KhL-2M 지금까지 거의 알려지지 않았습니다. 우리는 이 원자로의 예상 열 출력이 무엇인지 또는 핵융합 반응을 실행하는 데 필요한 에너지 수준을 모릅니다. 우리는 가장 중요한 사실을 알지 못합니다. 중국 핵융합로가 양의 에너지 균형을 가진 설계인지 아니면 핵융합 반응을 허용하지만 동시에 "점화"를 위해 더 많은 에너지를 필요로 하는 또 다른 실험용 핵융합로인지입니다. 반응의 결과로 얻을 수 있는 에너지.

국제적인 노력

중국은 유럽 연합, 미국, 인도, 일본, 한국, 러시아와 함께 ITER 프로그램의 회원입니다. 이것은 위에서 언급한 국가들이 자금을 지원하는 현재 국제 연구 프로젝트 중 가장 비용이 많이 드는 프로젝트로 약 20억 달러가 소요됩니다. 냉전 시대에 미하일 고르바초프와 로널드 레이건 정부 간의 협력의 결과로 문을 열었고, 수년 후 2006년에 이 모든 국가가 서명한 조약에 포함되었습니다.

2. ITER 토카막 건설 현장에서

프랑스 남부 Cadarache에 있는 ITER 프로젝트(2)는 세계에서 가장 큰 토카막, 즉 전자석에 의해 생성된 강력한 자기장을 사용하여 길들여야 하는 플라즈마 챔버를 개발하고 있습니다. 이 발명품은 50년대와 60년대 소련에서 개발되었습니다. 프로젝트 매니저, 라반 코블렌츠, 조직이 2025년 1월까지 "첫 번째 플라즈마"를 받아야 한다고 발표했습니다. ITER는 매번 약 XNUMX명에 대한 열핵 반응을 지원해야 합니다. 초, 힘을 얻다 500-1100MW. 비교를 위해 현재까지 가장 큰 영국 토카막, 제트기 (관절 유럽 토러스), 수십 초 동안 반응을 유지하고 최대 강도를 얻습니다. 16 MW. 이 원자로의 에너지는 열의 형태로 방출되며 전기로 변환되지 않습니다. 프로젝트가 연구 목적으로만 사용되기 때문에 전력망에 융합 전력을 제공하는 것은 의문의 여지가 없습니다. ITER를 기반으로 미래 세대의 열핵 원자로가 건설되어 전력에 도달할 것입니다. 3-4천. MW.

일반적인 핵융합 발전소가 아직 존재하지 않는 주된 이유(XNUMX년 이상의 광범위하고 비용이 많이 드는 연구에도 불구하고)는 플라즈마의 거동을 제어하고 "관리"하는 것이 어렵기 때문입니다. 그러나 수년간의 실험을 통해 많은 귀중한 발견이 이루어졌으며 오늘날 핵융합 에너지는 그 어느 때보다 가까워졌습니다.

헬륨-3을 넣고 저어주고 가열합니다.

ITER은 전 세계 핵융합 연구의 주요 초점이지만 많은 연구 센터, 기업 및 군사 연구소에서도 고전적인 접근 방식에서 벗어나는 다른 핵융합 프로젝트를 진행하고 있습니다.

예를 들어, 최근 몇 년 동안 매사추세츠 공과대학 출신 실험 헬름-3 tokamak에서 다음과 같은 흥미로운 결과를 얻었습니다. 에너지 XNUMX배 증가 플라즈마 이온. 벨기에와 영국의 전문가들과 함께 Massachusetts Institute of Technology에서 C-Mod tokamak에 대한 실험을 수행하는 과학자들은 세 가지 유형의 이온을 포함하는 새로운 유형의 열핵 연료를 개발했습니다. 팀 Alcator C-모드 (3)는 2016년 XNUMX월에 연구를 수행했지만 이러한 실험의 데이터는 최근에야 분석되어 플라즈마 에너지가 크게 증가한 것으로 나타났습니다. 그 결과는 매우 고무적이어서 세계 최대 규모의 핵융합 연구소인 영국의 JET를 운영하는 과학자들은 실험을 반복하기로 결정했습니다. 동일한 에너지 증가가 달성되었습니다. 연구 결과는 Nature Physics 저널에 게재되었습니다.

3. Tokamak Alcator C-Mod 작동 중

핵연료의 효율을 높이는 열쇠는 헬륨의 안정 동위원소인 헬륨-3을 중성자 95개가 아닌 XNUMX개로 미량 첨가한 것이다. Alcator C 방법에 사용된 핵연료는 이전에 중수소와 수소의 두 가지 유형의 이온만 포함했습니다. 핵에 중성자가 있는 수소의 안정한 동위원소인 중수소(중성자가 없는 수소와 반대)는 연료의 약 XNUMX%를 구성합니다. 플라즈마 연구 센터와 매사추세츠 공과대학(PSFC)의 과학자들은 RF 가열. 토카막 옆에 있는 안테나는 특정 무선 주파수를 사용하여 입자를 여기시키고 파동은 수소 이온을 "표적화"하도록 조정됩니다. 수소는 연료의 총 밀도에서 아주 작은 부분을 차지하기 때문에 가열 시 작은 부분의 이온만 집중하면 극한의 에너지 수준에 도달할 수 있습니다. 또한, 자극된 수소 이온은 혼합물에 우세한 중수소 이온으로 전달되고, 이렇게 형성된 입자는 반응기의 외부 쉘로 들어가 열을 방출합니다.

이 공정의 효율성은 헬륨-3 이온이 1% 미만의 양으로 혼합물에 첨가될 때 증가합니다. 모든 무선 가열을 소량의 헬륨-3에 집중시킴으로써 과학자들은 이온의 에너지를 메가전자볼트(MeV)로 높였습니다.

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지난 몇 년 동안 제어된 융합 작업의 세계에서 많은 발전이 있어 과학자와 우리 모두가 마침내 에너지의 "성배"에 도달할 수 있다는 희망을 다시 불러일으켰습니다.

미국 에너지부(DOE)의 PPPL(Princeton Plasma Physics Laboratory)에서 발견한 것이 좋은 신호입니다. 전파는 열핵 반응을 "가장"하는 과정에서 결정적일 수 있는 소위 플라즈마 섭동을 크게 줄이는 데 큰 성공을 거두었습니다. 같은 연구팀은 2019년 XNUMX월 전자제품에 흔히 사용되는 배터리에서 잘 알려진 물질인 리튬으로 시험용 원자로의 내벽을 코팅한 리튬 토카막 실험을 보고했다. 과학자들은 원자로 벽의 리튬 라이닝이 흩어진 플라즈마 입자를 흡수하여 플라즈마 구름으로 다시 반사되어 열핵 반응을 방해하는 것을 방지한다고 지적했습니다.

4. 시각화 프로젝트 TAE Technologies

평판이 좋은 주요 과학 기관의 학자들은 그들의 발표에서 신중한 낙관주의자가 되기까지 했습니다. 최근에는 민간 부문에서도 제어된 핵융합 기술에 대한 관심이 크게 증가하고 있습니다. 2018년 록히드마틴은 향후 100년 이내에 소형 핵융합로(CFR) 프로토타입을 개발할 계획을 발표했습니다. 회사에서 작업 중인 기술이 작동하면 트럭 크기의 장치가 XNUMX평방피트 장치의 요구를 충족하기에 충분한 전기를 제공할 수 있습니다. 도시 거주자.

TAE Technologies와 Massachusetts Institute of Technology를 포함하여 다른 회사와 연구 센터는 누가 최초의 실제 핵융합로를 만들 수 있는지 경쟁하고 있습니다. Amazon의 Jeff Bezos와 Microsoft의 Bill Gates도 최근 합병 프로젝트에 참여했습니다. NBC 뉴스는 최근 미국에서 XNUMX개의 소규모 핵융합 전용 회사를 집계했습니다. General Fusion 또는 Commonwealth Fusion Systems와 같은 신생 기업은 혁신적인 초전도체를 기반으로 하는 소형 원자로에 집중하고 있습니다.

"저온 핵융합"의 개념과 토카막뿐만 아니라 소위 대형 원자로에 대한 대안. 스텔라 레이터, 독일을 포함하여 약간 다른 디자인으로 제작되었습니다. 다른 접근 방식에 대한 검색도 계속됩니다. 이것의 예는 다음과 같은 장치입니다. Z 핀치, 워싱턴 대학의 과학자들이 만들고 Physics World 저널의 최신 호 중 하나에 설명되어 있습니다. Z 핀치는 강력한 자기장에 플라즈마를 가두어 압축하는 방식으로 작동합니다. 실험에서는 16마이크로초 동안 플라즈마를 안정화할 수 있었고, 이 시간의 약 XNUMX/XNUMX 동안 융합 반응이 진행되었습니다. 시연은 소규모 합성이 가능하다는 것을 보여주기로 되어 있었지만, 많은 과학자들은 여전히 ​​이에 대해 심각한 의구심을 갖고 있습니다.

결과적으로 Google 및 첨단 기술에 관련된 다른 투자자의 지원 덕분에 캘리포니아 회사인 TAE Technologies는 융합 실험에 일반적인 것과는 다른 것을 사용합니다. 붕소 연료 혼합물, 초기에는 소위 융합 로켓 엔진의 목적을 위해 더 작고 저렴한 원자로를 개발하는 데 사용되었습니다. 시제품 원통형 핵융합로(4) 수소 가스를 가열하여 두 개의 플라즈마 링을 형성하는 카운터 빔(CBFR)이 있습니다. 그들은 불활성 입자 다발과 결합하고 이러한 상태로 유지되어 플라즈마의 에너지 및 내구성 증가에 기여해야 합니다.

캐나다 브리티시 컬럼비아주의 또 다른 퓨전 스타트업 General Fusion은 Jeff Bezos의 지원을 받고 있습니다. 간단히 말해서, 그의 개념은 강철 공 안에 있는 액체 금속(리튬과 납의 혼합물)의 공에 뜨거운 플라즈마를 주입한 다음 플라즈마가 디젤 엔진과 유사하게 피스톤에 의해 압축되는 것입니다. 생성된 압력은 새로운 유형의 발전소의 터빈에 동력을 공급하기 위해 엄청난 양의 에너지를 방출하는 핵융합으로 이어져야 합니다. General Fusion의 CTO인 Mike Delage는 상업용 핵융합이 XNUMX년 안에 데뷔할 수 있다고 말했습니다.

5. 미 해군 열핵 특허의 삽화.

최근 미 해군도 '플라즈마 융합 장치'에 대한 특허를 출원했다. 이 특허는 "가속된 진동"을 생성하는 자기장에 대해 설명합니다(5). 아이디어는 휴대가 가능할 정도로 작은 핵융합로를 만드는 것입니다. 말할 필요도 없이, 이 특허 출원은 회의론에 부딪혔습니다.