핵융합 발전을 하기 위해서는 태양의 온도가 높아야 하는 이유가 있나요?
태양은 핵융합으로 에너지를 발산하는데 중심온도는 1500 만도이고 핵융합에너지 발전을 하기 위해서는 최소 1억도 이상은 되어야 한다고 하는데 둘의 자이는 무엇인데 지구에서의 핵융합발전의 온도는 이렇게 높아야 하나요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
핵융합에너지에 대해 평소에 관심이 있으셨던 분들이라면 '1억℃'라는 단어를 많이 들어보셨을 것 같은데요. 과연 이 '1억℃'가 왜 필요한 것일까요? '1억℃'가 아니라면 핵융합반응이 불가능 한 것일까요? 궁금했지만 차마 애매~해서 물어보기가 조금 그랬던 그 질문! "핵융합반응을 위해서 꼭 1억℃ 이상의 온도가 필요한가요?"에 시원하게 대답해보고자 합니다.
태양의 중심 온도=1,500만℃! 핵융합반응은 가능하지만...
결론부터 말씀드리자면 핵융합반응 자체만을 봤을 때, 토카막 장치에서 핵융합반응을 일으키기 위해서는 꼭 1억℃의 플라즈마가 필요한 것은 아닙니다. 태양의 중심 온도가 약 1,500만℃정도 되는데요. 태양이 핵융합반응을 일으키듯 1,500만℃만 있어도 토카막 장치에서 핵융합반응을 일으킬 수 있습니다.
하지만 국가핵융합연구소 연구진은 토카막 장치에서 '1억℃' 이상의 플라즈마를 구현하려고 노력하고 있습니다. 과연 그 이유가 무엇일까요?
높은 성능의 플라즈마를 만들려면 초고온이 필요하다!
1억℃ 이상의 플라즈마를 구현하려는 이유는 핵융합반응이 활발히 일어나는 높은 성능의 플라즈마를 만들려 하기 때문입니다. 투입된 에너지의 양보다 출력되어 나오는 에너지의 양이 많도록 하기 위해 고온의 플라즈마를 얻으려 노력하는 것입니다.
기본적으로 핵융합반응 또한 핵반응이고, 핵반응은 원자핵끼리 상호 작용하여야 합니다. 그리고 지상에서의 핵융합장치 연료는 수소가 아닌 중수소-삼중수소, 또는 중수소-중수소 개념이 기본입니다.
어쨌든 원자핵끼리 융합반응을 일으키려면 두 원자핵이 일정 거리만큼 가까워졌을 때, 비로소 핵력(nuclear force)이 작용해서 핵융합반응을 일으키는데 그 거리에 도달하기 위해서는 양의 전기를 띤 두 원자핵 간에는 강한 척력(Coulomb force)이 작용합니다.
이 척력을 극복하고 핵력이 작용하는 거리까지 도달하려면 원자핵의 운동에너지가 커야 합니다. 이를 위한 충분조건이 원자핵의 운동에너지가 (온도로 환산하면) 5천만℃ 이상 정도가 되어야 하는데요··· 단순한 핵융합반응을 연구하는 것이 아니라 단위 시간당 충분한 핵융합반응을 통하여 우리가 전기에너지로 사용할 수 있는 수준이 되려면 중수소 (또는 삼중수소) 원자핵의 온도가 1억℃ 이상 되어야 한다는 것입니다.
쉽게 말해, 실용성이 있고 상용화가 가능한 에너지가 되기 위해서 플라즈마의 온도가 1억℃ 이상이 되어야 한다는 것이지요.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
태양은 핵융합으로 에너지를 발산하는데 중심온도가 1500만도인 것은 맞습니다. 이는 매우 높은 온도로 인간이 생각하는 것보다 훨씬 높은 온도입니다. 이렇게 높은 온도에서 핵융합이 일어나는 이유는 태양의 질량이 매우 크기 때문입니다. 태양의 질량은 지구의 약 330000배나 됩니다. 이렇게 매우 큰 질량을 가진 태양은 중력으로 인해 매우 높은 압력을 가지게 됩니다. 이 압력은 태양의 중심부에서 매우 높은 온도를 유지할 수 있게 합니다.
핵융합에너지 발전을 하기 위해서는 최소 1억도 이상의 온도가 필요하다고 말씀하셨는데 이는 핵융합이 일어나기 위해 필요한 최소한의 온도라고 할 수 있습니다. 핵융합은 두 개의 원자핵이 서로 충돌하여 합쳐지는 과정으로 이 과정에서 매우 많은 에너지가 발생합니다. 하지만 이 과정이 일어나기 위해서는 매우 높은 온도가 필요합니다. 그래서 태양의 중심부에서는 매우 높은 온도가 유지되어야 핵융합이 일어날 수 있습니다.
지구에서의 핵융합발전의 온도는 태양의 중심부와는 다릅니다. 지구에서는 태양과 같은 크기의 질량을 가지고 있지 않기 때문에 중력이 작용하는 압력도 태양만큼 높지 않습니다. 그래서 지구에서는 핵융합이 일어나기 위해 필요한 온도가 태양보다는 낮습니다. 하지만 여전히 매우 높은 온도가 필요합니다.
태양의 온도가 높아야 하는 이유는 태양이 에너지원으로서 매우 중요한 역할을 하기 때문입니다. 태양에서 발생하는 에너지는 지구에서 생명을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 그래서 태양의 온도가 높아야만 태양에서 충분한 양의 에너지를 발생시킬 수 있고 이를 통해 지구에서 생명이 유지될 수 있습니다.
제가 태양에서 핵융합을 발전시키는 것은 아니지만 태양에서 일어나는 핵융합의 원리를 이해하는 데에는 매우 중요한 과정입니다. 핵융합은 미래의 에너지원으로서도 매우 중요한 역할을 할 것으로 예상되고 있으며 이를 위해 많은 연구가 진행되고 있습니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
태양 중심 온도가 1500만 도이고 핵융합 발전에
필요한 온도가 1억 도 이상인 이유는 핵융합
반응의 특성 때문입니다.
가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운
원자핵을 만들면서 에너지를 방출하는 반응
높은 온도와 압력에서만 일어남
쿨롱 힘을 극복하고 원자핵들이
융합하기 위한 충분한 에너지가 필요해요.
태양 중심부는 높은 압력으로 인해
핵융합 반응이 일어날 수 있어요.
1500만 도의 온도는 수소 원자핵
융합에 필요한 온도가 있어요.
태양은 주로 수소로 구성되어 있어요.
태양과 같은 높은 압력을
만들기 어려워요.
낮은 압력에서 핵융합 반응을 일으키려면
더 높은 온도 필요합니다.
1억 도 이상의 온도는 쿨롱 힘을 극복하고
핵융합 반응을 일으키는데 필요한
최소 온도가 필요합니다.
다양한 방식으로 핵융합 반응을 일으키기
위한 온도를 낮추는 연구 진행해야 합니다.
강력한 자기장 이용
새로운 핵융합 연료 개발 등
상업적으로 실용화 가능한 핵융합 발전
기술 개발 목표를 세워야 해요.
태양 중심 온도와 핵융합 발전에 필요한
온도 차이는 핵융합 반응의 특성 때문이예요
지구에서 핵융합 발전은 높은 온도가
필요한 기술적 과제예요.
지속적인 연구를 통해 핵융합 발전의
온도를 낮추고 상업화 가능한 기술 개발 필요해요.
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안녕하세요. 김동준 과학전문가입니다.
핵융합을 하려면
압력과 온도가 있어야 합니다.
태양과 같은 경우 중심부 압력이 매우 높기 때문에 님이 말하시는 1억도보다는 낮은 1500만도면 충분합니다. 아직 1500만도의 고온을 방출할 수 있는 물질이 우라늄이나 플루토늄으로 만든 원자탄밖에는 없어서 수소폭탄 중신에는 히로시마에 떨어진 것과 같은 원자탄이 자리잡고 있습니다. 하지만 수폭[수소폭탄] 같은 경우는 크기가 태양에 비하면 매우 작기 때문에 핵융합시 압력에 의한 효과는 거의 없습니다. 그러므로 온도만으로 핵융합을 일으키는 거죠.
현재 핵융합발전이 진행중인데
'토카막' 이라는 핵융합로를 만들고 실험하고 있다고 합니다. 이것의 원리는 원형자기장을 형성하여 플라즈마상태의 수소를 이 자기력장안에 가두어놓는건데요..
아직 연속적인 핵융합반응은 불가능하구요. 2-3초정도 진행시킬수 있다고 합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
네, 핵융합 발전을 하기 위해서는 태양의 온도가 높아야 하는 이유가 있습니다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 서로 결합하여 무거운 원자핵을 만들어내는 과정입니다. 이러한 과정에서 많은 양의 에너지가 방출됩니다.
태양은 자연적으로 핵융합이 일어나는 곳으로, 그 고온과 고압으로 인해 수소 원자핵이 결합하여 헬륨 원자핵을 생성합니다. 태양의 핵융합은 수조도 달리할 수 없을 만큼 엄청난 온도인 약 15백만 도 정도의 고온에서 일어납니다.
고온은 입자들을 높은 에너지 상태로 유지시키고, 서로 충돌하며 원자핵이 결합하는 확률을 증가시킵니다. 이러한 원자핵 결합은 힘을 극대화하고, 전자의 전달과정을 가능하게 합니다. 따라서, 핵융합 발전을 위해서는 태양과 같이 매우 높은 온도를 유지해야 합니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
핵융합 발전을 위해서는 매우 높은 온도가 필요합니다. 이는 태양과 같은 별에서 일어나는 핵융합 반응과 유사한 원리로 작동하기 때문입니다. 핵융합은 원자핵이 높은 온도와 압력에서 서로 충돌하여 결합하는 과정입니다. 이러한 충돌은 원자핵의 전기력을 극복하고 핵력을 발생시키기 위해 높은 에너지가 필요합니다.
