로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)의 과학자들은 다음과 같은 성과를 거두었습니다. 퓨전 점화와 에너지 손익분기점. 5일th 2022년 192월 연구팀은 2개의 레이저 빔이 극저온 타겟 챔버의 작은 연료 펠릿에 8백만 줄 이상의 UV 에너지를 전달하고 에너지 손익분기점을 달성했을 때 레이저를 이용한 제어 융합 실험을 수행했습니다. 그것을 구동하기 위해 레이저에 의해 제공됩니다. 이 돌파구는 수십 년간의 노력 끝에 역사상 처음으로 달성되었습니다. 이것은 과학의 이정표이며 미래에 순 제로 탄소 경제를 향한 청정 핵융합 에너지의 전망, 기후 변화에 대처하고 국방을 위한 핵 실험에 의존하지 않고 핵 억지력을 유지하는 데 중요한 의미가 있습니다. 앞서 지난 XNUMX일th2021년 5월, 연구팀은 핵융합 점화의 문턱에 도달했습니다. 이 실험은 이전의 다른 핵융합 실험보다 더 많은 에너지를 생산했지만 에너지 손익분기점은 달성하지 못했습니다. 지난 XNUMX일 실시된 실험th 2022년 XNUMX월은 에너지 손익분기점의 위업을 달성하여 에너지 수요를 충족시키기 위해 제어된 핵융합을 이용할 수 있다는 개념 증명을 제공했지만 실용적인 상업적 핵융합 에너지 응용은 여전히 매우 멀 수 있습니다.
핵무기 반응은 질량-에너지 대칭 방정식 E=MC에 따라 손실된 질량의 양에 해당하는 많은 양의 에너지를 생성합니다.2 아인슈타인의. 핵연료(우라늄-235와 같은 방사성 원소)의 핵 붕괴를 포함하는 핵분열 반응은 현재 전력 생성을 위해 원자로에서 사용됩니다. 그러나 핵분열 기반 원자로는 체르노빌의 경우에서 명백히 드러난 바와 같이 인간과 환경에 높은 위험을 안고 있으며, 처분하기가 극도로 어려운 매우 긴 반감기의 위험한 방사성 폐기물을 생성하는 것으로 악명이 높습니다.
자연 속에서 우리 태양과 같은 별들, 핵융합 더 작은 수소 핵의 병합을 포함하는 것이 에너지 생성 메커니즘입니다. 핵융합은 핵분열과 달리 핵이 융합하기 위해 매우 높은 온도와 압력이 필요합니다. 극도로 높은 온도와 압력에 대한 이러한 요구 사항은 수소 핵융합이 에너지 생성의 핵심 메커니즘인 태양의 중심부에서 충족되지만 지구상의 이러한 극한 조건을 재현하는 것은 통제된 실험실 조건에서 지금까지 불가능했으며 그 결과, 핵융합로는 아직 현실이 아니다. (핵분열 장치의 작동으로 생성된 극한의 온도와 압력에서 제어되지 않은 열핵융합이 수소 무기의 원리입니다.)
1926년에 별이 수소를 헬륨으로 융합하여 에너지를 얻는다고 처음 제안한 사람은 아서 에딩턴이었습니다. 핵융합에 대한 최초의 직접적인 시연은 1934년 실험실에서 러더퍼드가 중수소를 헬륨으로 융합하는 것을 보여주고 그 과정에서 "엄청난 효과가 발생했다"는 것을 관찰했습니다. 무한한 청정 에너지를 제공할 수 있는 엄청난 잠재력을 고려하여 전 세계의 과학자와 엔지니어가 지구에서 핵융합을 복제하기 위해 노력했지만 어려운 작업이었습니다.
극한의 온도에서 전자는 핵에서 분리되고 원자는 양의 핵과 음의 전자로 구성된 이온화된 가스가 됩니다. 플라즈마는 공기보다 XNUMX만분의 XNUMX 밀도가 낮습니다. 이것은 만든다 퓨전 매우 열악한 환경. 상당한 양의 에너지를 생산할 수 있는 환경에서 핵융합이 일어나려면 세 가지 조건이 충족되어야 합니다. 매우 높은 온도(고에너지 충돌을 유발할 수 있음), 충분한 플라즈마 밀도(충돌 확률 증가) 및 플라즈마(확장 경향이 있는)가 충분한 시간 동안 갇혀 있어야 합니다. 융합을 가능하게 합니다. 따라서 핫 플라즈마를 억제하고 제어하기 위한 인프라 및 기술 개발이 핵심 초점이 됩니다. 강력한 자기장은 ITER의 Tokamak의 경우처럼 플라즈마를 처리하는 데 사용될 수 있습니다. 플라즈마의 관성 제한은 중수소 동위원소로 채워진 캡슐이 고에너지 레이저 빔을 사용하여 파열되는 또 다른 접근 방식입니다.
NIF의 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)에서 수행된 융합 연구는 레이저 구동 내파 기술(관성 구속 융합)을 사용했습니다. 기본적으로 중수소와 삼중수소로 채워진 밀리미터 크기의 캡슐은 X선을 생성하는 고출력 레이저로 파열되었습니다. 캡슐이 가열되어 플라즈마로 변합니다. 플라즈마는 내부로 가속되어 캡슐의 연료(중수소 및 삼중수소 원자)가 융합될 때 극한의 압력과 온도 조건을 생성하여 에너지와 알파 입자를 포함한 여러 입자를 방출합니다. 방출된 입자는 주변 플라즈마와 상호 작용하고 가열하여 더 많은 핵융합 반응을 일으키고 더 많은 '에너지 및 입자'를 방출하여 핵융합 반응의 자체 유지 체인을 설정합니다('융합 점화'라고 함).
핵융합 연구 커뮤니티는 '융합 점화'를 달성하기 위해 수십 년 동안 노력해 왔습니다. 자체 유지 핵융합 반응. 8일th 2021년 5월, 로렌스 연구소 팀은 XNUMX일 달성한 '융합 점화'의 문턱에 도달했습니다.th 2022년 XNUMX월. 이날 지구에서 제어된 핵융합 점화가 현실이 되었습니다. 과학의 이정표를 달성했습니다!
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