핵융합

Fusion nucléaire

 

핵분열의 반댓말.핵분열은 무거운 원자핵이 가벼운 원자핵들로 쪼개지는 거, 핵융합은 가벼운 원자핵들이 무거운 원자핵으로 합쳐지는 것

유명한 식이죠?

위 식으로, 가벼운 원자핵이 핵융합하는 과정에서 줄어든 질량만큼 에너지로 변환되는 핵융합에너지를 계산해 낼 수 있다. 

예시로, 지구에서 1AU(1.5억km)떨어져있는 거대한 핵융합 덩어리인 태양(수소73.5%,헬륨 24.9%)의 경우, 중심부(온도 약 1500만K)에선 핵융합 반응(수소→헬륨)이 현재 이시점에도 활발히 일어나고 있는중이다). 이와같이 핵융합반응을 지구에서도 일으킬 순 있다. 그러나, 조건이 필요하다.

 

1. 핵융합 재료

중수소(2H)와 삼중수소(3H)가 연료의 주인공들이다. 중수소(2H)는 바다에 가면 널렸지만(자원무한) 삼중수소(3H)는 자연계에서 거의 존재하지 않아, 인공적으로 핵융합로에서 리튬(3Li)을 핵 변환시켜서 얻을 수 있음.

 

2. 플라즈마 상태

 핵융합이 일어나기 위해서는 활성화에너지 퍼텐셜 장벽(쿨롱포스)을 극복해야 한다(이 문제가 핵융합 발전의 핵심부분임). 다른말로, 에너지를 극복할 만큼의 충분한 열이 필요한데, 이 열핵반응도 발생하려면 1000만K 정도의 열이 필요한데(이온화 과정, 다른 극성의 물질들이 척력을 이겨내고 충돌이 일어나면서 열 발생), 온도를 높여줌에 따라, 원자핵과 전자가 분리되어 이온화된 가스상태인 '플라즈마'상태가 되어서 핵융합반응의 조건이 충족됨. 이를 플라즈마 핵융합이라고도 부르기도 한다. 그러나 지구에서 핵융합반응을 일으키려면 1억K이라는 말도안되는 온도가 필요하다(태양의 중심부 온도가 1500만K밖에안되는데 핵융합반응을 왜 일으키냐면, 태양은 모자란 온도를 뒷받침해줄 압력이 충분하기 때문). 이상기체 상태방정식 PV=nKT참고.

 

3. 핵융합장치

1억K이상의 플라즈마를 가둬둘 장치는 아직도 전세계적으로 개발,연구중에 있다. 그나마 상용화에 가장 근접한 장치가 '토카막'이란 자기력선이 꼬인 가둠장치인데, 이는 전기적 성질을 가지는 플라즈마를 이용한 방식이라 할 수 있다.

지구에서 태양만들기 참 어렵다 그죠..?