핵융합 분야의 최신 혁신이 기후 변화에 대처하는 데 도움이 될까요? : NPR

제프 브럼필

수십억 달러 규모의 국립 점화 시설(National Ignition Facility)은 192개의 레이저 빔을 사용하여 작은 핵 연료 알갱이에서 순 에너지를 생성했습니다. Damien Jemison/LLNL/NNSA 캡션 숨기기

수십억 달러 규모의 국립 점화 시설(National Ignition Facility)은 192개의 레이저 빔을 사용하여 작은 핵 연료 알갱이에서 순 에너지를 생성했습니다.

미국 에너지부의 과학자들은 핵융합 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다.

실험실 사상 처음으로 연구자들은 핵융합 반응을 시작할 때보다 더 많은 에너지를 핵융합 반응에서 생성할 수 있었습니다. 총 출력은 192개의 레이저 빔에 투입된 전력의 약 150%였습니다.

제니퍼 그랜홈 에너지부 장관은 기자회견에서 "미국은 엄청난 과학적 발전을 이루었다"고 말했다.

이번 성과는 캘리포니아 로렌스 리버모어 국립 연구소에 있는 35억 달러 규모의 레이저 단지인 NIF(National Ignition Facility)에서 이루어졌습니다. 10년 넘게 NIF는 소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생성하는 핵융합 반응을 생성하겠다는 명시된 목표를 달성하기 위해 노력해 왔습니다.

그러나 12월 5일 한밤중에 상황이 바뀌었습니다. 현지 시간으로 오전 1시에 연구자들은 레이저를 사용하여 작은 수소 연료 알갱이를 폭발시켰습니다. 레이저는 2.05메가줄의 에너지를 방출했고, 펠릿은 대략 3.15메가줄의 에너지를 방출했습니다.

이는 융합과학 분야가 반세기 넘게 노력해 온 중요한 이정표입니다.

리버모어에서 NIF 프로그램을 감독하는 Mark Herrmann은 "우리 연구실에서는 거의 60년 동안 이 문제를 연구해 왔습니다."라고 말합니다. "이것은 놀라운 팀 성과입니다."

연구자들은 핵융합에너지가 언젠가는 온실가스 배출 없이 깨끗하고 안전한 전기를 제공할 수 있을 것이라고 말합니다. 그러나 이번 발표에도 불구하고 독립 과학자들은 꿈이 수십 년 동안 남아 있다고 믿습니다.

훨씬 더 큰 돌파구가 없는 한 핵융합은 2060년대나 2070년대 이전에 전력 생산에 주요한 역할을 할 가능성이 낮다고 영국 케임브리지 대학의 핵 엔지니어이자 핵융합 발전에 대한 경제적 분석을 수행한 토니 룰스톤(Tony Roulstone)은 말합니다.

Roulstone은 이러한 혁신에 대해 "나는 과학이 훌륭하다고 생각합니다"라고 말했습니다. 그러나 많은 엔지니어링 장애물이 남아 있습니다. "우리는 발전소가 어떤 모습일지 전혀 모릅니다."

그런 추세라면, 2050년까지 미국의 온실가스 순배출량을 0으로 만들려는 바이든 행정부에게는 핵융합 에너지가 충분히 빨리 나오지 않을 것입니다. 전문가들은 기후 변화의 최악의 영향을 피하기 위해 반드시 달성해야 한다고 말하는 목표입니다.

핵융합 발전은 오랫동안 원자력 과학자와 엔지니어들의 상상력을 자극해 왔습니다. 이 기술은 수소의 가벼운 원소를 헬륨으로 "융합"하여 엄청난 양의 에너지를 생성하는 방식으로 작동합니다. 이는 태양에 전력을 공급하는 과정과 동일하며 현재의 핵분열 기술보다 훨씬 더 효율적입니다. 더욱이 핵융합 발전소는 상대적으로 적은 양의 핵폐기물을 생성하며 바닷물에서 쉽게 발견되는 수소를 고갈시킬 수 있습니다.

10층 높이의 NIF 시설은 세계에서 가장 강력한 레이저 시스템입니다. 그것은 192개의 빔을 금과 고갈된 우라늄으로 이루어진 작은 원통에 겨냥하도록 설계되었습니다. 원통 내부에는 후추 열매보다 작은 다이아몬드 캡슐이 들어 있습니다. 그 캡슐은 마법이 일어나는 곳입니다. 그것은 함께 융합하여 놀라운 양의 에너지를 방출할 수 있는 두 개의 수소 동위원소로 채워져 있습니다.

레이저가 목표물에 발사되면 X선이 생성되어 아주 짧은 순간에 다이아몬드를 기화시킵니다. 다이아몬드 파괴로 인한 충격파는 수소 원자를 분쇄하여 융합하고 에너지를 방출하게 합니다.

NIF는 2009년에 처음 문을 열었지만 초기 레이저 촬영은 기대에 크게 못 미쳤습니다. 목표물에 있는 수소는 "점화"하는 데 실패했고 에너지부는 수십억 달러를 투자한 것에 비해 거의 보여줄 것이 없었습니다.