수년 동안 과학자들은 핵 융합의 개념 (태양과 다른 별을 생생하게 유지하는 현상)을 복제하고 깨끗하고 비교적 무한한 에너지를 제공 할 수있는 지구상의 작동 원자로로 바꾸려고 노력해 왔습니다. 그러한 원자로를 구축하는 것은 엄청난 도전이지만, 특별한 종류의 초전도 자석은 인프라 도전을 해결하고 앞으로 수십 년 동안 현실을 만들 수 있습니다.
3 월, Oak Ridge National Laboratory는 미국이 프랑스 국제 열핵 실험 반응기 (ITER)의 중심부에서 60 피트 높이의 중앙 솔레노이드를 지원할 자석 성분을 최종적으로 전달했다고 발표했다. 일단 완전히 조립되면, ITER은 몇 분 동안 발전소 수준의 제어 핵 융합을 시연 할 것입니다. 중앙 솔레노이드는이 반응의 핵심 부분이며, 각각의 무게가 121 톤의 자기 모듈로 구성된지지 구조와 연결되어야합니다.
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중앙 솔레노이드 주위에 건축 된 전체 구조는 매우 중요하며 밀리미터 수준 정확도로 조립해야합니다. 또한 중앙 솔레노이드가 생성 한 엄청난 힘을 처리 할 수 있도록 매우 탄력적이어야합니다. US ITER의 엔지니어링 기술 담당 이사 인 Kevin Freudenberg는 모듈을 치는 수직 힘이 이륙시 우주 로켓 엔진의 두 배가 될 수 있다고 말합니다.
퓨전 에너지에서 자석의 역할?
60 피트 중앙 솔레노이드는 ITER의 핵심이며, 6 번째 (및 최종) 구성 요소는 4 월에 조립되었습니다. 그러나 프로젝트가 본질적으로 태양의 힘을 활용하는 데있어 항공 모함을 부양하기에 충분히 강한 자석이 필요한 이유는 무엇입니까? ITER의 중심 요소는 Tokamak이라는 기계이며, 이는 융합 반응을 유발하여 에너지를 생성하기 위해 슈퍼 hot 플라즈마를 제어하기 위해 강한 자기장이 필요합니다.
자석의 중요성을 완전히 이해하려면 기본으로 돌아 가야합니다. 핵 융합 챔버에서, 연료는 수소 동위 원소 (즉, 중수소 및 삼중 수소)의 혼합이다. 그런 다음 전기 전류를 챔버에서 전달하여 기체 혼합물을 이온화하여 뜨거운 플라즈마로 바꾸어 원자 (일명 퓨전)의 합병으로 이어지고 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 그러나 왜 자석이 궁금할까요?
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혈장은 섭씨 약 1 억 5 천만도 섭씨입니다. ITER 뒤에있는 팀에 따르면, 그것은 태양의 핵심보다 약 10 배 더 뜨겁다. 재료는 극도의 관리로 처리되어야하며, 가장 좋은 방법은 자석을 사용 하여이 슈퍼 홀 플라즈마를 포함하는 필드를 만들고 흐름을 제어하는 것입니다. 이 제어는 두 개의 자기장을 사용하여 달성됩니다 : 자기 코일에 의해 생성 된 토로이드 필드와 중앙 솔레노이드에 의해 생성 된 “폴로이드”필드.
퓨전 에너지가 왜 그렇게 중요한가?
흥미롭게도, Ier의 중앙 솔레노이드는 초전도 특성으로 제작 된 가장 큰 자석입니다. 그것에 의해 생성 된 자기장은 지구의 자연 자기장보다 약 280,000 배 높습니다. 에너지 출력이 진행되는 한, 퓨전 반응기가 제공하는 순 이득은 원자 융합을 시작하기 위해 플라즈마를 생성하는 데 필요한 입력 전력보다 10 배 높은 약 500 메가 와트로 추정됩니다.
ITER 이니셔티브는 여러 대륙의 30 개국 이상의 공동 협력이지만 실제로는 상업 프로젝트가 아닙니다. 대신, 그것은 기존의 원자력 발전소의 생산량이나 화석 연료를 태울 수있는 규모로 통제 된 핵 융합의 타당성을 입증하는 기술적 데모입니다.
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그러나 그러한 규모의 기술 프로젝트는 쉬운 일이 아닙니다. 작년 에이 프로젝트의기구는 2025 년에 혈장 점화의 원래 목표를 달성 할 수 없다고 발표했다. 이 팀은 현재 2034 년에 완전한 플라즈마 전류 세대, 2035 년 원자 융합 및 2039 년의 운영 마감일을 달성하기를 희망하고 있습니다.
그러나 이점은 지연보다 훨씬 큽니다. 국제 원자력 에너지기구 (International Atomic Energy Agency)에 따르면, 핵 융합은 연료 킬로그램 당 핵분열보다 4 배 더 많은 에너지를 생성하고 석탄이나 석유를 태우는 것보다 4 백만 배 더 많은 에너지를 생성 할 것입니다. 현대 문명의 에너지 요구 사항을 채우는 것 외에도 국방 전문가들은 핵 융합이 가까운 시일 내에 공중 우월성의 열쇠가되기를 희망합니다.
