핵융합: 이해하기 쉬운 소개

과학자들은 핵융합 분야에서 중요한 돌파구를 마련했으며, 이는 미래에 풍부한 청정 에너지의 문을 열 수 있을 것입니다.

이 발견은 반세기가 넘는 핵융합 연구가 있었기에 가능했습니다.

이 흥미로운 소식을 제대로 이해할 수 있도록 핵융합에 대해 알기 쉽게 소개합니다.

핵융합이란 무엇인가요?

핵융합은 두 개 이상의 원자핵이 결합하여 하나의 더 큰 원자핵을 생성할 때 발생하는 일종의 핵 과정입니다.

핵융합 반응은 고체, 액체 또는 기체와는 다른 특성을 가진 양이온과 자유롭게 움직이는 전자로 구성된 뜨겁고 하전된 기체인 플라즈마로 알려진 물질 상태에서 발생합니다.

요약하자면 핵융합은 태양과 다른 별들이 에너지를 얻습니다..

예를 들어 삼중수소와 중수소(각각 수소 동위원소인 수소-3과 수소-2)의 원자가 결합하여 중성자와 헬륨 동위원소를 생성합니다. 이와 함께 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다.

이 에너지는 전기를 만들거나 다른 사물에 동력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 그리고 잠재적으로 무한하고 깨끗한 에너지원으로 여겨지고 있습니다.

핵이 융합하려면 섭씨 1,000만도에 달하는 매우 높은 온도에서 접촉해야 합니다. 온도가 높기 때문에 서로의 전기적 저항을 극복할 수 있는 충분한 에너지를 갖게 됩니다. 원자핵이 서로 매우 가까워지면 원자핵 사이의 핵 인력이 전기적 반발력을 극복하고 융합할 수 있으며, 그 결과 에너지를 생성할 수 있습니다.

핵융합 대 핵분열

핵분열과 핵융합은 모두 원자를 이동시켜 에너지를 생성하는 핵 반응이지만, 이 둘의 차이점은 무엇인가요?

핵융합은 더 가벼운 원자 두 개가 결합하여 더 큰 원자를 생성하는 반면, 핵분열은 원자 하나가 둘로 쪼개지는 현상입니다. 본질적으로 서로 반대되는 과정입니다.

질량이 에너지로 변환될 수 있다는 알버트 아인슈타인의 예측은 핵분열의 발견에 영감을 주었습니다. 과학자들은 1939년에 실험을 시작했고, 1년 후 엔리코 페르미가 최초의 원자로를 만들었습니다.

크게 불안정한 동위원소에 고속 입자, 일반적으로 중성자를 가속시켜 불안정한 동위원소와 충돌하도록 하여 핵분열을 일으켜 두 개의 작은 동위원소와 세 개의 고속 중성자, 그리고 엄청난 양의 에너지로 산산이 부서지게 합니다. 우라늄 235는 대부분의 원자력 발전 원자로에서 중성자로 사용됩니다.

생성된 에너지는 원자로에서 물을 가열하는 데 사용되며, 이후 전기를 생산합니다. 고속 중성자가 방출되어 발사체가 되는 동안 연쇄 반응이라고도 하는 새로운 핵분열 과정이 시작됩니다.

핵분열은 대량의 방사성 폐기물을 발생시키며, 이는 위험할 수 있으므로 수백 년 동안 조심스럽게 보관해야 합니다. 반면 핵융합은 방사성 폐기물이 없는 청정 에너지를 생산합니다.

또한 핵분열은 자연적인 과정이 아니며 반드시 인위적으로 유도해야 하는 반면, 핵융합은 태양이 핵융합을 통해 에너지를 생산하는 등 자연적인 과정이라는 점도 짚고 넘어갈 필요가 있습니다.

핵융합이 중요한 이유는 무엇인가요?

핵융합로는 온실가스 배출, 방사성 폐기물 또는 기타 환경적 영향을 최소화하거나 전혀 배출하지 않으면서 전력을 공급할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 핵융합로는 사실상 무한대의 청정 에너지를 공급하여 화석 연료 및 기타 유한한 에너지원에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.

핵융합로는 핵분열로처럼 고준위 방사성 폐기물을 생성하지 않기 때문에 폐기가 더 쉬울 것입니다. 또한 핵분열 원자로와 달리 폐기물에는 무기급 방사성 원소가 포함되지 않습니다.

핵융합 혁신

파이낸셜 타임즈에 따르면 과학자들은 레이저로 연료를 가열하는 데 2.1MJ만 사용한 후 2.5MJ의 에너지를 방출하는 데 성공했다고 합니다. 이 발견은 캘리포니아 로렌스 리버모어 국립연구소의 국립 점화 시설(NIF)의 검증을 거쳐야 하지만, 환상적인 소식입니다.

이는 핵융합 분야에서 중요한 과학적 성과로, 과학자들이 순 에너지가 플러스인 핵융합 공정을 성공적으로 확립한 것은 이번이 처음이기 때문입니다.

물론 이를 실현 가능한 옵션으로 만들기 위해서는 아직 해야 할 일이 더 많지만, 과학자들이 실험을 시작할 때보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있었다는 것은 과학계에 중요한 진전입니다. 이것이 연구의 맥락과 의미를 제공합니다.

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