이 선구적인 핵융합 연구소는 더 많은 기록을 깨기 위해 노력하고 있습니다.

작년에 미국 국립 점화 시설(National Ignition Facility)이 핵융합 발전에 획기적인 발전을 이룬 이후의 다음 단계는 다음과 같습니다.

지난 달, 미국 국립 점화 시설(NIF)은 핵 반응 중에 소비한 것보다 더 많은 에너지를 생산함으로써 수십 년 간의 '점화' 목표를 달성한 12월 이후 처음으로 레이저를 최대 출력까지 발사했습니다. 최근 실행은 거의 일치하지 않았습니다. NIF는 작년 말 생산량의 4%만을 달성했습니다. 그러나 과학자들은 이를 예상하지 못했다.

NIF의 성공을 바탕으로 그들은 이제 프로그램의 실험적 역량을 발휘하여 핵융합 시설의 능력을 더 잘 이해하려고 노력하고 있습니다. 여기에서 Nature는 NIF에 어떤 일이 일어날지, 그리고 그것이 지구를 위한 방대한 청정 에너지 공급을 창출하기 위한 세계적인 노력을 추진할 것인지 여부를 살펴봅니다.

캘리포니아의 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)에 기반을 둔 NIF는 다이아몬드 캡슐이 들어 있는 작은 금 실린더에 192개의 레이저를 발사하는 경기장 크기의 시설입니다. 캡슐 내부에는 수소 동위원소인 중수소와 삼중수소의 냉동 펠릿이 들어 있습니다. 레이저는 수소 동위원소를 헬륨으로 융합시켜 추가 에너지를 방출하는 극심한 열과 압력을 생성하는 폭발을 유발합니다.

이 계획을 실행하는 데 있어 주요 과제 중 하나는 다이아몬드 캡슐을 제작하는 것입니다. 박테리아 크기의 곰보, 금속 오염 또는 모양과 두께의 변화와 같은 가장 작은 결함조차도 내파에 영향을 미쳐 핵융합 반응을 촉진하는 압력과 열에 영향을 줍니다.

2021년과 2022년의 기록적인 실험에서는 사용 가능한 최고의 캡슐을 사용했지만, 3월에 새로운 배치를 기다리는 동안 NIF 과학자들은 한쪽이 다른 쪽보다 두꺼운 캡슐을 사용하여 실험을 실행했습니다. 모델링에서는 레이저에서 나오는 빔을 조정하여 보다 균일한 파열을 생성함으로써 이러한 결함을 상쇄할 수 있다고 제안했습니다. LLNL 연구소의 관성 제한 핵융합 과학 프로그램을 이끌고 있는 물리학자 Richard Town은 이것이 그들의 이론적 예측에 대한 테스트라고 말했습니다.

결과는 예측에 미치지 못했으며, 연구자들은 현재 그 이유를 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 그러나 이러한 조사가 성과를 거두면 "우리가 사용할 수 있는 캡슐이 더 많아지고 파열에 대한 이해가 향상될 것"이라고 Town은 말합니다.

과학자들은 지난 12월 레이저 에너지를 강화하고 캡슐 두께를 늘려 핵융합 반응을 연장하는 데 성공했습니다. 캠페인 설계를 주도하고 있는 물리학자 애니 크리처(Annie Kritcher)는 올해 후반의 실험에서도 비슷한 전략을 따를 것이라고 말했습니다.

장기적으로는 핵융합반응으로 생성되는 에너지 양을 지난해 생성된 3.15메가줄에서 수백 메가줄로 늘리는 것이 목표다. Town은 무엇보다도 목표물에 들어가는 레이저 에너지를 더욱 증폭시켜 NIF의 에너지 생산량을 수십 메가줄까지 증가시킬 수 있는 실행 가능한 경로를 확인했습니다. 그러나 그는 NIF가 곧 상당한 안전 업그레이드를 해야 할 수도 있다고 경고합니다. 이 시설은 최대 45메가줄의 핵융합 수율로만 평가됩니다. 그 한계에 도달할 수 있는 실험을 수행하기 전에 실험실은 전략적인 위치에서 반응을 포함하는 거의 2미터 두께의 콘크리트 벽을 강화해야 합니다.

NIF는 결코 발전소로 설계되지 않았습니다. 주요 목표는 과학자들이 핵무기의 핵심 반응을 재현하고 연구함으로써 미국 핵 비축물에 있는 무기가 신뢰할 수 있고 안전하다는 것을 검증하도록 돕는 것이었습니다. 그러나 12월의 점화는 "에너지 프로그램의 문을 여는 관문 행사였습니다"라고 메릴랜드주 게이더스버그에 있는 옹호 단체인 Fusion Power Associates의 회장인 Stephen Dean은 말합니다.

기록적인 실험은 금 실린더에 전달된 것보다 약 50% 더 많은 에너지를 생산했으며, 중요한 것은 내부 연료 펠릿에 집중된 에너지의 거의 13배에 달하는 것입니다. 워싱턴 DC에 있는 해군 연구소의 물리학자인 Max Karasik에게 이것은 그와 다른 사람들이 추구하고 있는 잠재적인 경로를 강조합니다. 즉, 금 실린더를 버리고 레이저를 연료 펠렛에 직접 초점을 맞추는 것입니다. 이는 직접 구동이라고 알려진 실험 설계입니다.