핵융합 반응 실험에는 어떤 것을 원료로 쓰나요?
태양에서와 달리 지구에서 이루어지는 핵융합 반응 실험에서 원료로 사용되는 것은 어떤것인가요? 핵융합반응 실험을 통해서 얻고자하는 목표는 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 핵융합(核融合, 영어: nuclear fusion)은 물리학에서 핵분열과 상반되는 현상으로, 두 개의 원자핵이 부딪혀 새로운 하나의 무거운 원자핵으로 변환되는 반응이다. 기본적으로 원자핵은 내부의 양성자로 인해 양전하를 띠므로 두 개의 원자핵이 서로 접근하게 되면 전기적인 척력에 의해 서로 밀어내게 된다. 하지만 원자핵을 초고온으로 가열하면 원자핵의 운동에너지가 전기적 척력을 이겨내어 두 원자핵이 서로 충돌하게 된다. 그리고 이후에는 두 원자핵 사이에 강력한 인력이 작용해 하나의 원자핵으로 결합될 수 있다. 가장 가벼운 원소인 수소의 원자핵끼리 핵융합을 위해 필요한 온도는 대략 1억℃(108℃) 이상이며, 더 무거운 원자핵들 간의 핵융합에는 더 고온의 환경이 필요하다. 핵융합 발전은 위와 같은 수소의 핵융합반응 시 발생되는 에너지를 활용해 전기를 생산하는 발전방식이다. 화력발전이나 원자력발전에 비해 에너지 생산량이 훨씬 많고 환경오염 물질을 발생시키지 않는 장점 때문에 현재 많은 나라의 연구기관들이 국가적 또는 국제적 차원에서 활발히 연구를 수행하고 있다. 국제열핵융합실험로(ITER) 프로젝트가 대표적으로, 대한민국을 포함한 7개국이 참여하고 있다.(출처 : 위키백과 - 핵융합)
위에 보시는 것과 같이 핵융합은 두 개의 원자핵이 부딪혀 새로운 하나의 무거운 원자핵으로 변환되는 반응입니다. 이런 원자핵은 모든 원소에 다 있어서 재료로 사용가능하나 결합력및 반응성에 차이가 있습니다. 그래서 제일 많이 사용하는 재료는 수소 입니다. 그리고 우리가 핵융합 반응을 통해 얻으려는 것은 위에 보시 듯이 환경오염물질 생성 없이 전기를 얻으려하는 것입니다.
현재 지구에서 이루어지는 핵융합 반응 실험은 대부분 물소리체 (Deuterium)와 삼중수소 (Tritium)을 사용합니다.
물소리체 (Deuterium, 기호 D): 물소리체는 수소의 동위원소로서 하나의 중성자와 하나의 양성자로 이루어져 있습니다. 자연에서도 흔하게 발견되는 수소의 동위원소 중 하나입니다.
삼중수소 (Tritium, 기호 T): 삼중수소는 수소의 동위원소로서 하나의 중성자와 두 개의 양성자로 이루어져 있습니다. 자연에서는 매우 희귀하게 존재하지만 인공적으로 만들어낼 수 있습니다.
핵융합 반응 실험의 목표는 여러 가지가 있지만, 가장 주요한 목표는 다음과 같습니다:
무한한 깨끗한 에너지 생산: 핵융합은 태양과 같은 자연의 에너지원으로 작용합니다. 이러한 반응을 지구에서 제어하고 이용한다면, 무한한 양의 깨끗하고 지속 가능한 에너지를 생산할 수 있습니다. 핵융합 반응에서 생성되는 주요 에너지는 헬륨과 중성자이며, 중성자는 증기를 만들어 터빈을 회전시키는 등의 작업을 수행하여 전기를 생산하는데 사용될 수 있습니다.
원자력 발전소의 대안 탐색: 핵융합은 원자력 발전소의 대안으로 강력한 후대 발전 옵션으로 간주됩니다. 핵융합 반응은 핵분열과 달리 핵쓰레기 생성이 거의 없으며, 원자력 발전소에서 발생하는 주요 문제인 방사성 폐기물의 처리와 관련된 문제를 해결할 수 있습니다.
자연의 핵융합 반응 이해: 핵융합 실험은 태양과 별들이 어떻게 에너지를 생산하는지에 대한 기초 연구를 위해서도 진행됩니다. 태양과 같은 자연의 핵융합 반응을 지구에서 재현하는 것은 우주의 기원과 별의 진화를 이해하는 데 중요한 기여를 할 수 있습니다.
물소리체와 삼중수소를 사용하여 핵융합 반응을 통해 이러한 목표를 달성하기 위해 과학자들과 연구자들은 지속적으로 실험과 연구를 진행하고 있습니다. 하지만 아직까지 완전하게 제어된 핵융합 반응에서 규모 경제적으로 생산적인 에너지를 얻는 것은 기술적으로 어렵고, 대규모 핵융합 발전소를 실용화하는데는 여전히 많은 과제가 남아 있습니다.
안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.
핵융합 반응에 사용되는 물질은 중수소와 삼중수소입니다. 중수소는 바닷물 1리터에서 0.03그램을 얻을 수 있기 때문에 거의 무한하게 확보할 수 있는데요. 핵융합연료로 쓰이는 중수소 1그램은 석유 8톤과 같은 에너지를 만들 수 있을 정도로 고효율입니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
핵융합 반응 실험에서는 주로 두 가지의 충전물질을 사용합니다. 첫째, 데우터륨은 수소 원자에 중성자가 하나 더 결합하여 만들어진 것으로, 핵융합 반응에서 가장 많이 사용되는 충전물질 중 하나입니다. 둘째, 트리튬은 수소 원자에 중성자가 두 개 결합하여 만들어진 것으로, 핵융합 반응에서 데우터륨과 함께 사용되는 충전물질입니다.이러한 충전물질은 핵융합 반응에서 핵융합을 일으키는데 사용되며, 이 과정에서 막대한 양의 에너지가 생성됩니다.
