청정 에너지에 대한 희망을 제공하는 세계 최대의 핵융합 원자로

세계 최대 핵융합로, 청정 에너지에 대한 희망 제공

강력하고 새로운 강철로 제작된 토카막 원자로는 마침내 핵융합 발전의 성배를 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다.

유리한 지질학적, 수문학적, 지진적 조건과 물, 전기 접근성으로 선택된 프랑스 프로방스 지역 깊숙한 곳에 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)가 있는 거대한 180-헥타르 시설이 있습니다.

전통적인 발전소는 화석 연료 연소 또는 핵분열에서 발생하는 열을 증기로 변환한 다음 기계 에너지를 전기로 변환하는 터빈을 회전시키는 데 사용됩니다. 이 두 가지 방법 모두 신뢰할 수 있는 전력원이지만 배출 또는 방사성 폐기물을 통해 환경에 영향을 미칩니다.

그러나 해로운 부산물 없이 이 열을 생산하는 방법이 있다면 어떨까요? 핵융합을 통해 막대한 양의 에너지를 생산하는 실험, 핵융합의 꿈입니다.

우리 태양에 동력을 공급하는 과정과 동일한 융합은 두 개의 수소 원자가 서로 충돌하여 하나의 헬륨 원자로 융합될 때 발생합니다. 이것은 방사성 핵분열 생성물을 생성하지 않고 엄청난 양의 에너지를 생성합니다.

이 프로세스를 생성하는 것은 엄청난 양의 에너지가 생성되는 공간에서 반응을 정밀하게 제어해야 하므로 심각한 엔지니어링 과제를 제시합니다.

철창 속 별의 힘

ITER 시설에서는 세계 최대의 토카막 원자로 건설이 진행 중입니다. 60년대에 개발된 소비에트 모델을 기반으로 한 이 실험 기계의 중심에는 토러스 모양의 진공 챔버가 있습니다.

5,200톤의 무게와 1,400m³의 부피를 가진 진공 챔버는 동종 제품 중 가장 크며, 이를 작동하는 물리학자들은 실행 가능한 핵융합 전력을 생성하는 데 필요한 반응을 보다 쉽게 ​​제어할 수 있습니다.

ITER의 실험은 핵융합 반응을 포함하고 밀폐되어 주요 안전 봉쇄 장벽 역할을 하는 이 강철로 만들어진 진공 용기 내부에서 진행됩니다. 여기에서 수소 연료는 엄청난 열과 압력을 받아 플라즈마로 알려진 뜨겁고 전하를 띤 가스로 변합니다.

이 진공 환경은 방사선 차폐를 제공하고 플라즈마 안정성을 지원하며, 이중 강철 벽 사이를 순환하는 냉각수 시스템은 원자로가 작동하는 동안 생성된 열을 안전하게 제거합니다. 이것은 핵융합을 위해 1억 5천만에서 3억 도 사이의 온도가 필요하기 때문에 매우 중요합니다.

자기장의 힘

내부의 도넛 모양은 내부의 플라즈마 입자가 벽에 닿지 않고 지속적으로 원을 그리도록 합니다. 이 초고온 플라즈마는 10000톤의 초전도 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 토카막 원자로에 포함되고 제어됩니다.

-269 도의 온도에서 유지될 때 기존 자석보다 더 강한 자기장을 생성할 수 있는 ITER는 초전도 가닥을 함께 묶어 구조용 강철 재킷에 포함하는 '고성능 내부 냉각 초전도체'를 사용합니다.

이 자기장 생성 수단은 다른 대안보다 저렴하고 에너지 소모가 적기 때문에 핵융합 전력을 지원하는 데 필요한 거대한 자석 시스템을 위한 유일한 실행 가능한 옵션입니다.

진공 용기와 초전도 자석 시스템은 모두 초저온 진공 공간을 제공하는 ITER 저온 유지 장치 내에 포함되어 있습니다. 16,000m³로 지금까지 제작된 스테인리스 스틸 고진공 압력 챔버 중 가장 큽니다.

반응기에 포함된 극단적인 온도 차이로 인해 스테인리스강이 이상적인 선택입니다. 고온 및 저온에서 성능을 유지할 수 있는 강철의 높은 연성과 인성은 ITER에서 없어서는 안 될 부분입니다.

토카막이 2025년까지 가동될 것으로 예상됨에 따라 핵융합 물리학자들은 이것이 에너지 생성을 위한 게임 체인저가 되기를 희망합니다. 거의 무한한 청정 에너지에 대한 전망은 지평선 너머에 남아 있지만, 상업적인 융합을 달성하려면 이를 활용할 수 있는 강철의 지속적인 힘이 될 것임이 분명합니다.