막스 플랑크 연구소가 퓨전 원자로에서 플라즈마를 익히고 싶어했던 이유

흥분을 불러 일으키는 핵융합로와 같은 것은 없습니다. 9 년간의 건설과 10 억 유로를 거친 Max Planck Institute of Plasma Physics의 과학자들은 12 월 10 일에 Wendelstein 7-X 융합 장치의 첫 번째 고온 테스트를 시작했으며 10 분의 1 초 동안 지속되는 헬륨 플라즈마를 생성했습니다 섭씨 백만에 도달했습니다. 그러나 아직 너무 지나치게 웃지 마십시오. 이것은 수소 가스로 핵융합을 연구하는 진정한 목적을 위해 장치를 준비하는 단계였습니다.

알았어, 이제 너는 pump. 거리고있어.

퓨전은 오랫동안 원자력 연구의 황금 송아지였으며 타당성을 제외한 모든 범주에서 핵분열을 보여 주었다. 융해는 엄청난 양의 에너지를 생산합니다. 결국 태양을 강화하는 과정과 같습니다. 그러나 그 힘은 대처할 때 엉덩이에 고통을줍니다. 지금까지 구축 된 모든 핵융합 원자로는 생산 된 것보다 많은 전력을 소비합니다. 융합 전력에 대한 기록은 1997 년에 설정되었습니다: 24 메가 와트의 입력 전력으로 생산 된 16 메가 와트. 그러나 누군가가 그 방정식을 돌릴 수 있다면 … 당신은 값이 싸고 탄소가없는 에너지를 말할 수 있습니까?

덜 정교한 사촌과 달리 융합은 방사성 폐기물을 생산하지 않습니다. 수소 공급주기는 우라늄 공급주기보다 덜 문제가된다. 공정하게 말하면 오늘날 수소의 가장 흔한 원천은 석탄과 천연 가스이지만 수소는 대신 전기 분해에 의해 생산 될 수 있습니다.

핵분열과 핵융합은 두 가지면에서 비슷하다. 둘 다 한 원소의 원자를 다른 원소의 원자로 변환하는 것을 이용하며, 둘 다 먼저 무기로 사용되었다. 1945 년에 히로시마와 나가사키에 떨어 졌던 뚱뚱한 남자와 소년은 1952 년 아이비 마이크 (Ivy Mike)와 같은 핵융합 장비에 탄력을 받았다. (Ivy Mike는 폭탄으로 지어지지 않았지만, 곧 열 핵탄두가 발사되어 많은 메가톤이 대륙간 미사일에 의해 모든 인도 물을 산출했다.)

융합 폭탄은 이유 때문에 H- 폭탄으로 알려졌다: 전례없는 에너지 방출은 수소 원자의 융합에서 유래했다. 퓨전 연구원은 민간 발전을 위해이 효과를 이용하려고한다. 이것이 문제라고 밝혀졌습니다. 지구 표면에서의 수소 융합은 섭씨 100 만도 이상의 온도를 필요로합니다. 이 온도에서 수소와 헬륨은 물질의 네 번째 형태 인 플라즈마가됩니다.

어쨌든 플라즈마가 도대체 ​​뭐야?

요컨대, 플라즈마는 이온화 된 가스이다. 플라스마에서는 모든 분자 결합이 용해되고 전자는 호스트 원자를 떠납니다. 플라즈마는 높은 전하 캐리어 밀도를 가지기 때문에 높은 도전성을 가지며, 즉 전자 및 이온은 전계에 반응하여 서로 독립적으로 자유롭게 움직일 수있다.

이 모든 것이 이국적이지만, 플라스마는 우리 삶에 규칙적인 모습을 보입니다. 번개와 네온 사인의 빛은 이온과 재결합하고 낮은 양자 상태로 가라 앉는 전자에서 유래한다. 이것은 자발적 방출로 알려진 과정이다. 일부 화염은 배기 가스를 이온화하기에 충분히 뜨겁지 만 플라즈마 토치, 플라즈마 스크린 및 아크 용접기는 모두 플라즈마를 사용합니다.

그러나 모든 이들은 융합 반응기에서 플라스마에 아무 것도 없습니다. 섭씨 100 만도에서 융합 수프의 원자는 매우 활력이 넘칩니다. 그것들이 포함되어 있지 않다면, 그들은 제트기에서 떨어져 장치를 손상시키고 서로 융합하지 못할 것입니다. 봉쇄하지 않으면, 처음에는 100 만도에 못 미칠 것입니다.

봉쇄는 그만큼 융합 연구에서 주요 과제. 플라스마는 좁은 공간에 보관해야하며 융합 용기의 벽을 만지지 않아야합니다. 말할 것도없이, 선박은 높은 진공 상태로 유지되어야합니다. Wendelstein 7-X는 65 개의 진공 펌프를 사용하여 0.000000001 밀리바르의 압력을 유지합니다. (SI 애호가에게는 0.000001 파스칼입니다.) 지옥의 온도에서 이온화 된 가스를 가두는 유일한 방법은 자기장에 유지하는 것입니다. 그리고 이것은 일이 정말로 까다로워지는 곳입니다.

수년 동안 가장 널리 사용되는 핵융합로 설계는 토카막이었다. 수퍼 컴퓨터가 체스를 사용하고, 제 포디 (Jeopardy)에서 인간을 버리고, 단백질을 접히기까지 수년 동안, 과학자들은 정확한 모양의 자기장을 만드는 영리한 방법을 생각해 내었습니다. 토카막에서는 플라즈마를 통과하는 전류가 외부 전자석과 쌍을 이루어 필요한 자기장을 생성합니다.

Wendelstein 7-X에서는 그렇지 않습니다. 여기서, 봉쇄 필드는 외부 초전도 전자석으로부터 완전히 온다. 연구진은이 자석의 모양을 최적화하고 플라즈마 전류의 필요성을 없애기 위해 슈퍼 컴퓨터를 사용했다. 이 핵융합 원자로 스타일은 별자리 (stellarator)로 알려져 있습니다.

지금까지 아무도 그것이 소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생산하는 핵융합로를 만들지 않았습니다. 세계에서 가장 큰 별 모양의 원자로 인 Wendelstein 7-X조차도 에너지를 생산하지 않고 연구 목적으로 만들어졌습니다. 그러나 융합 프로젝트에 희망을 투자하고 싶다면 웬델 스타 인 7-X가 좋은 출발점이 될 것입니다. 세계에서 가장 큰 토카막 인 ITER를 계속 주시하십시오.