청정에너지를 잠금 해제할 수 있는 작은 다이아몬드 구체

12월 5일 월요일 오전 1시 3분, 캘리포니아 국립 점화 시설의 과학자들은 작은 다이아몬드 연료 캡슐이 들어 있는 실린더에 192개의 빔 레이저를 겨냥했습니다.

그 강력한 레이저 빛의 폭발은 엄청난 온도와 압력을 만들어냈고 핵융합 반응, 즉 태양에 힘을 실어주는 반응을 촉발시켰습니다.

로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)의 일부인 국립 점화 시설(NIF)은 이전에 이러한 실험을 수행했지만 이번에는 반응에서 나오는 에너지가 반응을 유발하는 데 사용된 레이저 전력보다 더 컸습니다.

과학자들은 그 한계점을 달성하기 위해 수십 년 동안 노력해 왔으며, 언젠가는 풍부한 탄소 없는 전기를 생산하기 위해 핵융합 반응을 사용하는 발전소를 건설하는 것이 희망입니다.

아직은 좀 멀었습니다. 그동안 기술 개발에는 많은 노력이 필요합니다.

NIF의 핵심 구성 요소 중 하나는 연료를 담는 후추 열매 크기의 합성 다이아몬드 캡슐입니다. 구형 캡슐의 특성은 성공적인 융합 실험을 만드는 데 매우 중요합니다.

구는 완벽하게 매끄러워야 하고 오염 물질이 없어야 합니다. 어떤 이상이 있으면 반응이 망가질 수 있습니다.

하지만 정밀하게 설계된 구체는 캘리포니아에서 제작되지 않습니다. 이는 독일 프라이부르크에 본사를 둔 회사인 Diamond Materials가 수년간 연구한 결과입니다.

Eckhard Wörner와 함께 Diamond Materials의 전무이사인 Christoph Wild는 "[구형] 캡슐에 대한 수요가 매우 높습니다."라고 말합니다.

"우리는 로렌스 리버모어(Lawrence Livermore)와 긴밀히 협력하여 불순물, 구멍 또는 고르지 못한 벽과 같은 결함을 최소화하려고 노력합니다."

Diamond Materials의 25명으로 구성된 팀은 화학 기상 증착이라는 공정을 통해 합성 다이아몬드를 제조합니다.

탄화 규소 코어 주위에 작은 다이아몬드 결정을 공들여 쌓고 반복적으로 연마하여 20-40개의 캡슐로 구성된 각 배치를 만드는 데 약 2개월이 걸립니다.

개발 과정에서 그들은 미세한 수준에서 표면이 여전히 움푹 패이고 고르지 않기 때문에 가장 세심한 연마조차도 충분하지 않다는 것을 발견했습니다.

LLNL의 팀과 협력하여 그들은 결국 필요한 깨끗한 거울 같은 마감을 달성하기 위해 새로운 다이아몬드 결정층으로 광택 캡슐을 유약 처리할 수 있다는 것을 발견했습니다.

더 많은 비즈니스 기술:

다이아몬드 캡슐이 LLNL에 도착하면 실리콘 코어가 제거되고 작은 유리관을 사용하여 중수소와 삼중수소(둘 다 무거운 종류의 수소)로 속이 빈 구체를 채워 융합 반응을 촉진합니다.

LLNL의 최대 산업 파트너인 General Atomics의 관성 핵융합 기술 부사장 Mike Farrell은 "연료 펠릿 주위에는 금과 고갈 우라늄 실린더가 있습니다"라고 설명합니다.

캡슐의 세 번째이자 마지막 층은 반응 전에 캡슐의 내용물을 식히는 데 사용되는 알루미늄 실린더입니다.

NIF의 또 다른 중요한 기술 영역은 광학입니다. 이는 빛의 전송, 감지 또는 활용을 지원하는 모든 것입니다.

NIF는 세계에서 가장 강력한 레이저를 실행하므로 해당 기술을 많이 사용하며 기계가 작동될 때마다 광학 구성 요소가 손상됩니다.

1970년대 초반부터 NIF는 Zygo Corporation 및 전문 유리 제조업체인 SCHOTT와 같은 광학 제조업체와 긴밀히 협력하여 잔해물 및 폭발 방지 장치는 물론 교체 부품을 미세 조정하고 공급해 왔습니다.

12월의 성공적인 실험에 이어 NIF와 파트너의 다음 과제는 반응을 재현하고 개선하기 위해 기술을 더욱 향상시키는 것입니다.

Mike Farrell은 이번 조치가 추가 연구에 대한 지원을 강화하는 데 도움이 되기를 희망합니다. "실험은 과학적 견해를 바꾸었습니다. 점화는 항상 40년 후에는 거의 달성할 수 없는 일로 생각되었습니다. [또는 단지 일어날 수도 있는 일] 12월의 결과는 놀라운 것이었습니다."

프라이부르크로 돌아온 Diamond Materials는 연구에 더 많은 시간을 투자할 수 있기를 희망합니다. "우리 팀의 약 20%가 연구에 참여하고 있으며 우리 두 명의 전무 이사도 물리학자입니다."라고 Wild 씨는 말합니다.