러시아 레이저를 이용한 핵융합에 성공(펌)
- 글쓴이
- 이민주
- 등록일
- 2005-08-28 20:57
- 조회
- 5,821회
- 추천
- 0건
- 댓글
- 8건
관련링크
레이저를 이용한 청정 핵융합
러시아 과학자들은 레이저를 이용해 10억 도의 핵 화구(fireball)를 만들어내는데 성공했다. 이 결과로 발생한 핵융합 반응은 현재 핵 전력을 발생시키기 위해 연구되고 있는 방법들보다 훨씬 더 깨끗하다.
안타깝게도 연구팀의 결과는 너무나 큰 에너지를 소모하는 레이저 때문에 당장은 전력 생산하는데 이용될 수 없다. 하지만 이러한 방식의 레이저 유도 융합에 성공한 것은 이 현상을 연구할 수 있는 더 나은 방식을 제공해 줄 것이고 언젠가 더 깨끗한 에너지를 만드는데 이용될 수 있을 것이다.
현재 핵 융합 전력을 생성하기 위해 주로 이용되는 방법은 강한 자기장을 이용해 고온의 원자핵 플라즈마를 가둔다. 핵융합 전문가들은 프랑스의 Cadarache에 건설될 ITER(International Themonuclear Experimental Reactor)이 중수소와 삼중수소 핵을 이러한 방식으로 융합해 에너지를 생산할 수 있기를 바라고 있다.
하지만 이 반응은 많은 양의 중성자를 만들어낸다. 이러한 중성자들이 반응로의 벽에 충돌하면 결국에는 폐기시켜야 하는 방사성 동위원소들을 만들어낸다. 그리고 이러한 방사성 폐기물들이 현재 핵 발전소에서 이용되는 핵분열 반응에 의해 발생하는 부산물보다는 깨끗하다 할지라도 안전성을 장담할 수는 없다.
그래서 일부 물리학자들은 다른 형태의 융합 과정을 사용할 것을 권고한다. 이러한 과정에서는 양성자와 붕소 원자핵이 융합 반응을 일으키고, 중성자를 방출하지 않는다.
이것은 안전하게 들리겠지만 양성자-붕소 융합이 시작되려면 10억 도의 온도가 필요하다. 이것은 중수소-삼중수소 반응보다 10배나 큰 것이다. Univeristy of Texas(Austin 소재)의 물리학자 Gennady Shvets는 “중수소-삼중수소 융합은 단순히 쉽게 얻을 수 있다는 것 때문에 선택됐다”고 설명했다.
최근 러시아의 한 연구팀은 플라즈마를 제한하는 거대한 자석의 필요성을 제거한 시스템에서 온도를 10억 도까지 올리는데 성공했다. 러시아 Koralev에 위치한 Central Research Institute of Machine Building의 물리학자 Vadim Belyaev는 “우리는 레이저를 이용해 중성자가 생성되지 않는 양성자-붕소 핵융합에 성공했다”고 말했다.
연구팀은 붕소원자를 포함하는 폴리에틸렌 뭉치에 1피코초 동안 지속되는 레이저 펄스를 가했다. 그 결과 폴리에틸렌에서 나온 양성자들이 붕소 원자들에 융합되는 매우 뜨거운 플라즈마가 만들어졌다. 이러한 융합으로 알파 입자로 알려진 헬륨 원자핵이 떨어져 나온다.
알파 입자들은 무겁기 때문에 주변의 장비를 빠져나오면서 방사성 동위원소를 만들지 않고 반응 혼합물 내에 그대로 남아 있다. 연구팀은 이 반응에서 중성자를 전혀 검출하지 못했다. 이번 연구는 “생태학적으로 청정한 핵 에너지를 생산할 수 있는 기술”의 가능성을 열어주는 것이다.
이 시스템의 또 하나의 장점은 하전된 알파 입자들을 전류원으로 직접 이용할 수 있다는 것이다. ITER 발전소는 화력 발전소와 마찬가지로 단순히 핵융합 열을 이용해 전기 터빈을 돌리는 방식이다.
레이저 유도 핵융합에서는 ITER과 같은 프로젝트에서 이용되는 자기 트랩을 사용하는 경우보다 반응을 지속시키는 것이 더 쉬울 것이다. 이론적으로 반응이 시작되고 난 이후에는 레이저빔 안으로 연료 덩어리를 떨어뜨리기만 하면 된다. 이와 대조적으로 ITER에서는 거대한 자석들을 이용해 소용돌이치는 플라즈마 화구를 지속적으로 가두어야 한다. Schvets는 “ 불행히도 이러한 가둠은 핵융합에서 제일 이해가 안된 과정”이라고 말했다.
Lawrence Livermore 국립연구소의 National Ignition Facility를 포함한 다른 연구소들도 레이저를 이용한 핵융합을 연구하고 있지만 중수소-삼중수소에 관련된 것들이다. Belyaev는 이제 양성자-붕소 융합에 대한 폭넓은 국제 협력 프로젝트가 진행되기를 바라고 있다.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
출처는 잘 모르겠습니다. 이것이 진실인지요??
다른 사람들 의견
-
관전평
()
레이저를 이용한 고온 플라즈마 생성은 상대적으로 쉽습니다. 가장 중요한 것은 단위시간당 전달되는 파워인데, 파워(에너지 나누기 시간)는 레이저 펄스를 얼마나 짧게 만드느냐에 의해 결정됩니다. 보통은 피코가 아니라 펨토 세컨드의 펄스를 사용해서 플라즈마를 만들죠.
윗 글에서는 좀 다른 물질에다가 레이저를 때려봤다는 내용인 듯하고, 그만한 에너지의 레이저 펄스를 만들기 위해서는 플라즈마 에서 생성되는 에너지 보다 많은 에너지가 필요하기 때문에 실용성이 없죠. 그래도 많은 사람들이 효율성을 높이기 위해 많은 연구를 했었는 데, 이 분야를 떠난 지 하도 오래되서 그동안 어느 정도 성과가 있었는 지는 잘 모르겠군요. -
구두운
()
엄청나군요. 러샤 대단합니다. 한국은 언제나 러샤처럼 과학기술 강국이 될까요. The Power of Russia입니다.
-
blood
()
이건 그냥 피코초 레이저로 핵융합 과정, ignition을 시켰다 정도인데요.. 참고로 이제 수십년의 연구결과 대부분의 사람들이 자기장을 이용한 핵융합 confinement는 너무 어려워서 손을 떼고 있다고 들었습니다. 우리나라는 다들 손 뗄무렵, 뒤늦게 이 방식의 연구에 뛰어들었지만요..
이런 식으로 극초단 레이저로 ignition만을 시키는 걸 fast ignition이라고 하는데, 처음부터 끝까지 제대로 레이저로 하는것은 따로 있습니다.
관성핵융합방식(inertial confinement fusion)이라고 하는데, 여러빔의 레이저를 여러방향에서 쏘아주어 물질을 극한으로 압박해서, 그 중심부 core에서 부터, 작은핵융합이 일어나게 하는 겁니다.(작은 태양이라 생각하면 되겠죠) 거기다 총 이득을 1정도로 콘트롤하면서 맞출 수 있게 되면, 핵융합발전을 하는 것이죠. 고에너지 고출력 레이저 응용의 꽃중의 꽃(일종의 로망)이라고 할만한데,,[이에 비하면, 레이저플라즈마나 관련비선형현상연구 이런것들은 좀 곁다리격입니다.]
선두주자로 미국이 NIF로 천문학적 돈을 쏟아붓고 있는데, 부시가 지원을 거의 끊었다고 합니다. 요즘들어 다시 레이저 무기개발에 눈독들인다고 하지만 잘모르겠습니다. 일본에도 오사카대학에서 ILE-Gekko, 중국에서도 상하이 XIOM과 면양의 성광(星光),신광(神光) 시리즈가 고에너지 고출력시스템으로 각기 연구되고 있습니다. 러시아는 자체적으로 레이저기술은 거의 최고수준이지만, 연구비나 지원면에서 상당히 큰 규모여야하는 이런 사업을 추진할 수 있는지는 모르겠습니다.
문제는 어느 나라에서 핵융합에너지를 생산하게 되면, 다른 나라들은(적어도 수년내에 따라 잡을 수 있는 기술을 보유한 몇몇을 뺀 나머지들은) 왓슨의 증기기관 혁명이후에 맛보았던, 생산력에 의한 국력의 차이로 또 다시 반쯤은 식민지나 노예수준으로 전락할 수 밖에 없을 겁니다.
생산원가가 거의 들지않는 에너지원을 보유한 국가와 그렇지 못한 국가는 어디로보나 경쟁이 되질 않을 거니까요.. 하지만 더 큰 문제는 이 경우는 증기기관하고는 다른 것이, 쉽게 빼내온다고 빼내질 기술이 아닌겁니다. 원리와 도면몇장으로 전달되던 기술이, 핵융합시대가 오면 어쩔겁니까? 배워진다고 몇년에 배워질 기술입니까? 누가 마음좋게 지 팬티까지 탈탈털어서 수십년 연구해온 밑천을 가르쳐 줄겁니까? 친절한 미국씨가? 동북공정 중국씨가? 한일합방, 위안부 일본씨가? 최소한 비슷한 수준으로 따라는 가야 그 다음에 삐댈 언덕이라도 있는데, 우리나라의 대처는 거의 전무합니다. 고출력레이저를 연구하는 연구소는 고사하고, 레이저를 중심으로 연구하는 연구소도 아직 없는것이나 마찬가지이고. 고에너지 레이저연구 대목에 이르면 두손두발 다 들어야 하는 상황입니다.
이제 겨우 원자력연구소에서(국내에서 가장 큰 규모의 레이저연구팀이 원자력연구소 였다는건 의아해 할 일입니다. 어째서 원자력연구소에서 레이저를 연구하지? -이게 우리의 현주소인 셈입니다) 연구가 다 끝난 외국의 레이저시스템을 증여받아오는 형식으로 출발하는 단계입니다. 분발에 분발을 거듭해도 앞으로 20~30년정도면 완성될 이 기술을 그 수준으로 따라잡을 수 있을지는 미지수입니다.
핵융합이 되면 어쩔겁니까? 반도체 so what? 자동체 so what? IT so what? 핸드폰 so what? -
andysheep
()
<a href=http://www.nature.com/news/2005/050822/full/050822-10.html target=_blank>http://www.nature.com/news/2005/050822/full/050822-10.html</a>
-
오영진
()
블러드님의 주장에 대해 일견 수긍하지만...국내의 대처가 전무하다는것에 대해서는....선뜻 수긍하기가 힙듭니다...물론 고출력레이져에 대해서는 저도 아는바 없으며 이에 대한 국내 기술 수준에 대해 아는 바 없습니다....다만....
저도 이쪽방면을 깊이 알지는 못합니다만....아직까지 핵융합 실용화에 대한 주류는 여전히 토카막(자기장으로 플라즈마를 가두는 방식)이 차지하고 있는것으로 알고 있습니다. 아시는 바와 같이 수년(거의십년?)째 끌고 있는 국내 KSTAR 프로젝트가 있으며, 이와 동시에 최근에는 ITER에 약간의 자금을 대고 약간의 일거리를 받아오는 형식으로 ITER에도 발을 담그려는 노력이 진행되고 있다고 알고 있습니다.
다들 아시겠지만, 토카막이라는, 더군다나 상업운전 가능성을 시험하기 위한 크기의 토카막이란 장치는 그야말로 천문학적 액수의 돈을 먹는....돈먹는 기계아닙니까. 국내의 추진전략도 이를 고려하고 위험부담을 고려한 일종의 차선책으로 여기저기 발을 담그려는 전략이겠죠.
국내의 (레이져를 비롯한) 기초과학기술에의 투자나 관심이 부족함을 지적하실 의향이셨다고 생각할 순 있지만....핵융합이 되면 어쩔겁니까....하시는 말씀은 좀...... -
blood
()
다시보니 마지막 문장에서는 제가 심했군요. 결코 관련분야에서 애쓰시는 분들의 노력과 학문을 비하하려는 의도는 없었습니다. 많은 분들이 읽고 불쾌하셨을 것 같습니다. 사과드리겠습니다.
파급효과가 워낙 크고, 우리세대가 죽기전에 현실화될 기술이라는 생각이 있다보니 제가 너무 흥분된 어조로 말씀드렸나 봅니다. 투자나 관심의 범위를 넘어선 그 무언가가 꼭 필요합니다.
말씀해주신것처럼 핵융합실용화연구는 분명 토카막이 주류인데, 수십년간 진행되어 온 추이을 볼때 끝이 보이지 않는다는 것이 또한 평가입니다. 파생기술들도 각자 중요한 공헌을 하고 있는건 분명하지만 말입니다. 하지만 지금의 문제는 자금부족보다는 기술적인 문제의 어려움이라고 알고있습니다.
미국같은 곳에서야 하나를 크게하면서, 다른방식에도 지원을 엄청나게 할 수 있지만, 어디 다른곳에서는 엄두나 내겠습니까? 레이저핵융합은 훨씬 비교견적이 더 많이 나오는 것으로 알고 있습니다. NIF같은 곳은 최종목표 장비의 규모가 상상초월입니다. 그러나 어느 수준이상의 시스템을 구축하면, 해볼만하다는 것이 이쪽 방식이고, 자금이 문제라는 것입니다.
수십년간 주류였지만, 현재 딱히 breakthrough가 보이지 않는 자장자폐방식에 지원이 늘어날것 같지는 않습니다. 미국쪽에서 레이저무기나 레이저디펜스 쪽으로 지원을 시작하면, 레이저핵융합도 크게 진전될 겁니다. 그외의 다른 국가들은 큰 연구를 두가지모두 수행할 여력이 없어서, 대세인 자장차폐를 계속하다보니 이제 미국이 방향을 전환한다 했을때, 따라붙기가 힘든 상황입니다. 전폭적인 지원을 받으며 앞서서 끌던 국가들이 주춤한 상태에서 다들 어찌할까 고민중인데, 우리나라는 그방식에 그제서야 뛰어든 겁니다. 제가 보기엔 그렇습니다.
KSTAR는 지원을 많이 받았다곤 하지만, 다른나라들에 비하면 훨씬적은걸로 압니다. 돈을 훨씬 많이 들여 수십년간 연구해온 곳들에서도 어려움에 빠진 상황에 KSTAR라고 뾰족한 수가 있다고 생각하진 않습니다.
중국이니, 인도니 경제개발하면서 석유값을 무지하게 올려놓을 것으로 예상하는 분들이 많습니다. 미국은 마음만 먹으면 거의 무한정 지원해서 개발할 수 있는 국가이니 제외해 두고, 일본도 국가적 지원은 자장차폐가 받고있지만, 고에너지 레이저연구는 꾸준히 맥을 유지하고 있습니다. 중국도 고에너지 레이저연구는 높은 수준입니다. 유럽은 다른곳에 돈이 많이 들어 그런지 몰라도, 공동으로 연구하는 프로젝트가 있습니다. 그러면 우리나라는 어찌해야 할까요, 십년넘게 기술격차가 벌어진 일본,중국과 공동연구를 하자고 한다/돈 많이주고 끼워달라고 한다/
쉽지않을 것 같습니다. 그리고 공동연구를 한다고 해도, 유럽처럼 땅덩이가 붙어 있는게 아니니 또 유대감도 없구요.
대충 상황은 이렇다, 이런 얘기를 드렸습니다. 적어도 어딘가에서 성공한다면, 우리도 몇년 걸려도 우리힘으로 거기에 맞추어 갈 수 있을 정도가 된다면 좋은 아니 꼭 그정도는 되어줘야 한다는 게 제 생각입니다. -
오영진
()
블러드님 말씀은 잘 알겠습니다. 저도 자장차폐 이외의 방식에 대한 연구도 동시에 진행되어야 할 것으로 생각합니다. 국내에 이에 대한 연구 (특히 레이져)가 거의 전무한 상태인가요?....저도 잘 몰라서...^^a
-
익명좋아
()
레이저 방식은 스파이더맨 투에서 초기장면에 나오는 그런 식의 핵융합반응인가보죠?
