강력한 자석에 맞서 거대한 레이저를 쏘아내는 핵융합 발전의 길

별을 밝히는 것과 동일한 에너지를 인간이 활용할 수 있는 날은 생각보다 빨리 올 수 있습니다. 그곳에 도달하면 온실가스를 배출하지 않고 풍부한 전기를 방출하게 될 것입니다.

작성자: Will Wade, Jonathan Tirone 및 David R Baker 그래픽: Dave Merrill 작성

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인류는 거의 무한하고 탄소가 없는 에너지를 위해 별을 밝히는 동일한 전력원을 활용하는 놀라운 일을 앞두고 있습니다. 최근 과학자들은 에너지 생성을 위한 핵융합이라는 꿈이 가능하다는 것을 입증했습니다. 이제 실험실 실험에서 상업용 공장 건설에 이르기까지 거대한 레이저와 강력한 자석을 겨루는 경주가 될 것입니다.

수십 년 간의 실험 끝에 융합 발전소에 대한 두 가지 경쟁 설계가 등장했습니다. 초당 여러 번 원자를 충돌시키는 일련의 반응을 유발하려면 고강도 레이저가 필요합니다. 다른 하나는 태양보다 더 뜨겁게 타는 플라즈마 구름을 포함하기 위해 초강력 자석을 사용하는 것입니다. 최근 혁신에 레이저가 사용되었지만 많은 전문가들은 상업적 전망에 회의적입니다. 더 나은 내기는 자석이라고 그들은 말합니다.

12월, 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 두 가지 형태의 수소가 들어 있는 작은 연료 캡슐에 레이저가 발사되었습니다.

결과적인 핵융합 반응은 레이저가 목표물에 입력한 것보다 더 많은 에너지를 생성했습니다.

위험은 이보다 높을 수 없습니다. 연구자들이 핵융합을 대규모로 수행할 수 있다면 온실가스를 배출하지 않고 핵융해 위험 없이 낮과 밤에 저렴하고 풍부한 전력을 공급하는 발전소의 문이 열릴 것입니다. 발전소에서 별의 극한 조건을 재현한다는 아이디어는 공상 과학 소설에서나 나올 법한 것처럼 들릴지 모르지만, 가장 낙관적인 전문가들은 그 한계점까지 불과 10년 정도밖에 남지 않았다고 말합니다. 다른 과학자들은 앞으로 20~30년이 걸릴 것이라고 예측합니다.

Commonwealth Fusion Systems의 CEO인 Bob Mumgaard는 “퓨전은 항상 에너지 기술의 정점 포식자였습니다.”라고 말했습니다. "큰 보상이 따르는 매우 어려운 문제입니다."

이 경주는 이미 세계에서 가장 부유한 사람들로부터 베팅을 받고 있습니다. Jeff Bezos, Bill Gates 및 Peter Thiel은 스타트업에 투자하는 억만장자 중 세 명에 불과합니다. 투자자와 정부는 MIT에서 분사한 스타트업인 커먼웰스 퓨전(Commonwealth Fusion)이 이끄는 융합을 추구하는 기업에 48억 달러 이상을 쏟아 부었고 20억 달러의 수익을 얻었습니다. TAE Technologies는 11억 달러 이상을 받았습니다. 융합산업협회는 33개 스타트업을 추적하고 있다. 15명은 자기 접근 방식에 중점을 두고 있으며, 8명은 레이저 설계에 집중하고 있습니다. 나머지는 다양한 다른 기술을 추구하고 있습니다.

길은 멀고 복잡할 것입니다. 레이저와 자석 접근 방식 모두 주요 기술적 과제, 과학적 수수께끼, 비용 문제에 직면해 있습니다. 그러나 그것을 올바르게 한다는 것은 세상에 엄청난 발전을 의미할 것입니다. 인류의 장기적인 기후 문제는 훨씬 더 관리하기 쉬워질 것이며, 이 성과는 에너지와 과학의 새로운 시대를 열 수 있을 것입니다.

퓨전의 작동 방식 오늘날의 원자력 발전소는 핵분열을 사용하여 원자를 쪼개는 반면, 핵융합은 원자가 서로 합쳐질 때 생성되는 에너지를 포착합니다. 핵융합은 이미 현대 핵무기에 파괴적인 위력을 부여하는 데 사용되고 있지만 목표는 이를 민간 에너지 수요에 맞게 길들이는 것입니다.

그것은 간단한 일이 아닙니다. 여기에는 극도로 높은 온도에서 작동하고, 반응을 억제하고, 에너지를 포착하고, 공정에서 소비하는 것보다 더 많은 전기를 생성하는 동시에 모든 작업이 수행됩니다.

획기적인 발전 12월 5일 자정이 지나고 얼마 지나지 않아 캘리포니아 로렌스 리버모어 국립 연구소의 과학자들은 수소 동위원소로 채워진 후추 열매 크기의 다이아몬드 알갱이에 세계에서 가장 강력한 레이저의 초점을 맞췄습니다. 조심스럽게 변조된 3개의 펄스로 192개의 빔을 발사했습니다.

빔은 2.05메가줄의 에너지를 전달하여 수소를 헬륨으로 융합시키는 반응을 촉발하고 그 과정에서 3.15메가줄을 방출했습니다. 그 차이는 1메가줄보다 조금 더 크거나 수류탄에서 방출되는 대략적인 에너지와 같습니다. 이는 과학자들이 수십 년 동안 추구해온 성과였습니다. 순 에너지 이득으로 알려진 이정표는 인간이 별의 힘을 잠금 해제할 수 있음을 입증했습니다. 그러나 상업용 발전소를 건설한다는 것은 매초 그 양의 1,000배에 달하는 에너지를 생성해야 한다는 것을 의미한다고 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소 소장인 Steven Cowley는 말했습니다.