핵융합 발전을 계속하면 다른 분야에 사용가능한 에너지 자원을 획득할 수 있나요?

Question

태양도 핵융합방식으로 유지된다고 있지만 계속되는 행융합방식으로 인해 내부의 물질이 무거워저 결국 무거은 철로 변환되어 핵융합이 불가능한 상태가 된다고 들었습니다.

그렇다면 지구에서 핵융합발전을 계속하면 2차적인 물질자원을 획득이 가능할까요?

Answer 1

네, 핵융합 발전으로 생산된 플라즈마는 높은 에너지를 가지고 있기 때문에, 이를 다른 분야에서 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 핵융합 발전으로 생산된 플라즈마를 이용하여 물질을 가열하거나, 화학 반응을 일으키거나, 합성 연료를 생산하는 등의 응용이 가능합니다. 또한, 핵융합 발전으로 생산된 중성자를 이용하여 핵종 변화를 일으키는 핵화학 분야에서의 연구에도 사용될 수 있습니다. 따라서 핵융합 발전은 다양한 분야에서 활용 가능한 에너지 자원을 제공할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.핵융합 발전에서는 가벼운 원자핵이 높은 에너지 상태로 합쳐져서 무거운 원자핵을 생성하는 과정에서 엄청난 양의 에너지가 발생합니다. 이때 생성된 무거운 원자핵은 일반적으로 헬륨 원자핵(He-4)입니다.

즉, 핵융합 발전에서는 수소 원자핵이 핵융합되어 헬륨 원자핵이 생성되고, 이 과정에서 방출되는 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용합니다. 그리고 헬륨 원자핵은 안정한 원자핵으로서 방사성을 가지지 않기 때문에, 환경 오염 문제나 방사능 폐기물 처리 문제가 발생하지 않습니다.

하지만 핵융합 발전 기술이 아직 상용화되어 있지 않기 때문에, 현재까지 핵융합 발전에서 생산되는 헬륨 원자핵은 거의 사용되지 않고 있습니다.

핵융합이 상용화되고 성숙기에 접어든다면 다음 단계의 핵융합도 연구개발 될 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

핵융합 발전은 다른 에너지 자원을 생산하는 것은 아니지만, 중요한 장점 중 하나는 대량의 에너지를 생성할 수 있고, 이를 전기 생산 등 다른 분야에서 사용할 수 있다는 것입니다.

또한, 핵융합 발전에서 생성된 중성자는 다른 원소와의 충돌을 통해 물질 합성과 같은 과정을 경험하게 되어 새로운 원소를 생산할 수도 있습니다. 이러한 원소는 핵의 연구나 의학, 에너지 저장 등의 분야에서 활용될 수 있습니다.

또한, 핵융합은 우주 탐사 분야에서도 중요한 역할을 합니다. 핵융합은 항성에서 일어나는 에너지 생성 원리와 밀접한 관련이 있기 때문에 우주 탐사를 위한 로켓 연료나 우주선의 에너지 등에도 사용될 수 있습니다.

Answer 4

JET 원자로는 내부의 구리 전자석의 온도가 너무 높아져 더 긴 시간 동안 가동 될 수 없다. 이에 ITER에는 내부적으로 냉각된 초전도 자석이 사용될 예정이다.

실험실에서의 핵융합은 이를 통해 생산하는 에너지보다 가동을 시작하기 위해 더 많은 에너지를 소비하는 것으로 유명하다. JET의 이번 실험을 위해 500MW의 플라이휠이 사용됐다.

그러나 플라스마가 스케일 업되면서 미래에는 이러한 손해를 극복할 수 있다는 확실한 증거가 나오고 있다. ITER의 도넛 모양 진공 용기의 용량은 JET의 진공 용기의 10배가 될 것이다. ITER가 에너지 손익분기점을 넘길 수 있다는 희망이 나오는 이유다. 그 이후에 개발될 상업용 원자로는 전력망에 전력을 공급할 수 있을 만한 순수익을 보여야 할 것이다.

이 과정은 긴 여정이 될 것이며 JET 연구소 과학자 300여 명 중 4분의 1이 아직 경력 초기 단계에 있다는 것은 큰 의의가 있다. 이들이 앞으로 연구를 주도적으로 이끌 것이다.

30대인 아티나 카파투 박사는 "핵융합은 시간이 오래 걸리고 복잡하며 어렵다"며 "이것이 우리가 세대를 걸쳐 진전을 이뤄낼 과학자들과 기술자들 확보해야 하는 이유"라고 말했다.

한편 여전히 많은 기술적 문제가 남아있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유럽에서는 EU, 스위스, 우크라이나 등지의 과학자 5000여 명과 기술자로 이뤄진 유로퓨전 컨소시엄 연구팀이 활동하고 있다.

영국 또한 참여하고 있다. 그러나 ITER 프로젝트에 영국이 완전히 참여하기 위해선 영국이 EU 주도의 몇몇 과학 프로그램에 "어울려야"함을 뜻한다. 이들 과학 프로그램은 지금까지 브렉시트 이후의 무역 협상 의견 차이, 특히 북아일랜드 이슈로 지연돼 왔다.

JET 시설은 2025년 ITER가 플라즈마 실험을 시작하거나 그 직후인 2023년 이후 해체될 것으로 보인다.