핵융합은 언제 석유와 가스를 폐업시킬 것인가.

이번 크리스마스 시즌은 이루어지고 있는 과학의 도약에 대한 감사와 희망의 시간입니다.

첫째, Earthshots Prize를 설립한 William 왕자, 2022년 보스턴에서 수상을 발표했습니다. 한 카테고리는 바다를 소생시키다. 승자는 다음과 같은 그룹이었습니다. 그레이트 배리어 리프의 원주민 여성. 리프는 공격을 받고 있으며 승자는 리프를 방어하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 그들은 해변과 거북이를 보호하고 아마존 숲보다 2배 더 많은 COXNUMX를 포집하는 해초를 보존하기 위해 노력합니다. 그들은 고대 원주민 지식과 싸우고 무인 항공기와 같은 현대적인 도구를 사용하여 내륙 산불뿐만 아니라 산호초의 변화를 모니터링합니다.

둘째, 미국 에너지부는 20년 동안 NuScale Power Module이라는 소형 모듈식 원자로(SMR)의 개념과 개발에 자금을 지원했습니다. 더 안전하고 저렴하며 확장 가능하고 무탄소가 장점입니다. NRC(Nuclear Regulatory Commission)로부터 설계 승인을 받은 유일한 SMR입니다. 높이가 100피트 미만인 이 모듈은 15피트 너비의 실린더로 지면 아래 수조에 있습니다. 77가구에 전력을 공급할 수 있는 60,000메가와트의 전기를 생산할 수 있습니다. 목표는 2029년까지 아이다호에서 운영하는 것입니다.

셋째, 의료기관은 특정 암 치료의 돌파구. 이 방법은 암과 싸우는 면역 체계의 일부인 T 세포를 CRISPR 기술을 사용하여 유전적으로 변형한 후 "살아있는 약"으로 다시 몸에 주입하는 방법입니다. CRISPR을 사용하여 T 세포를 미세 조정하고 특정 암세포에 대한 공격에서 더 치명적으로 만들 수 있습니다.

이러한 "기성품" T 세포는 이전에 몇 주 또는 몇 달을 기다릴 필요 없이 CRISPR을 사용하여 신속하게 대량으로 제조할 수 있습니다. 12년 2022월 67일, 캔자스 대학교의 McGuirk 박사는 놀랍도록 훌륭하고 암 치료의 새로운 문을 연 실험 결과를 발표했습니다. 림프종 암 환자 32명 중 40%의 종양이 줄어들었습니다. 환자의 XNUMX%가 완전 관해를 달성했습니다. 많은 다른 암을 치료할 수 있는 이 기술의 잠재력에 대해 큰 열정이 있습니다.

넷째는 매우 놀라운 핵융합의 돌파구입니다.

핵융합의 돌파구.

지난 세기, 물리학의 가장 위대한 세기에 발견 중 하나는 핵분열이었습니다. 플루토늄과 같은 무거운 원자가 부서지면 소량의 질량이 손실되고 엄청난 양의 에너지로 다시 나타납니다. E = mc^2(여기서 c는 광속이고 매우 큰 수임)

독일이 이 반응을 바탕으로 연쇄 반응 폭탄을 개발할 것이라는 위협 아래 미국 정부는 내가 사는 곳에서 멀지 않은 뉴멕시코 주 로스앨러모스에서 핵분열 폭탄을 만드는 데 막대한 자금을 쏟아부었습니다. 그것은 앨버커키 남쪽의 백사장 사막에서 시험되었고 결국 일본과의 전쟁을 종식시키는 데 사용되었습니다.

상업적 적용은 여러 국가에서 그리드 크기의 원자로로 빠르게 이어졌습니다. 일부는 성공적이었습니다. 프랑스는 70개의 원자로에서 전기 에너지의 56%를 얻는 반면 미국은 20개의 원자로에서 에너지의 약 93%를 얻습니다.

그러나 1986년 러시아 체르노빌, 2011년 일본 후쿠시마와 같은 끔찍한 사고와 미국의 핵폐기물 처리에 대한 끊임없는 우려가 발생하면 성공은 불안합니다.

자매핵반응은 두 개의 수소핵이 반발력을 이겨내어 강제로 헬륨으로 합쳐지고 다시 한번 엄청난 양의 에너지가 방출되는 것이다. 이것은 1950년 실험 금지 조약 이전인 1963년대 남태평양(비키니 환초)에서 미국의 수소폭탄 실험의 기초가 되었습니다.

그 이후로 수십 년 동안 핵융합의 상업적 응용이 모색되었습니다. 예를 들어, 한 가지 노력은 앨버커키의 Sandia National Laboratories에 기반을 두고 있으며, 그곳에서는 고온 하전 플라즈마가 전기장에 의해 제한됩니다. 아이디어는 수소 핵이 합쳐질 때까지(에너지-아웃) 플라즈마(에너지-인)를 제한, 압축 및 가열하는 것이었습니다. 그러나 에너지 입력은 항상 에너지 출력보다 컸습니다.

또 다른 상업적 응용 프로그램은 캘리포니아 샌프란시스코 베이 지역의 로렌스 리버모어 연구소(Lawrence Livermore Laboratory)였습니다. 여기 192개의 레이저가 사용되었습니다. 1만 달러짜리 혼합 수소 동위원소 펠릿을 폭파하여 플라즈마를 가두어 압축하고 가열합니다. 결과는 항상 같았습니다 – 지금까지. 16년 2022월 3.1일로 끝나는 주에 발표된 에너지 아웃(2.1메가줄)이 처음으로 에너지 인(3메가줄)보다 많았습니다. 진정한 돌파구입니다. 도달한 온도는 섭씨 XNUMX백만도였습니다.

이것을 관점에서 보자.

첫째, 에너지 입력과 에너지 출력이 너무 간단합니다. 레이저를 켜려면 훨씬 더 큰 에너지(400메가줄)가 필요하기 때문입니다. 심판 1을 참조하십시오.

둘째, 성공 스토리는 단 하나의 이벤트, 즉 하나의 핵융합 점화에 관한 것이었습니다. 거의 실용적이 되려면 분당 많은 핵융합 이벤트가 필요하고 수천 배 더 강력한 레이저가 필요합니다. 또한 비용은 백만 배 더 저렴해야 합니다(참조 1). 한마디로, 이 한 번의 성공은 영감을 주기는 하지만 실제 적용을 상상하는 것과는 거리가 멀다.

따라서 저렴하지 않고 실용적이지 않지만 고강도 에너지를 생산하고 무탄소가 될 것입니다.

핵분열 에너지는 백만 배 더 강력한 지구상의 그 어떤 에너지원보다 그리고 이것이 프랑스와 미국과 같은 국가에서 수십 개의 원자력 발전소를 건설하기 위해 투자가 이루어진 큰 이유입니다.

핵융합은 핵분열보다 3-4배 더 많은 에너지를 생성합니다. 그것은 꿈의 한 부분입니다. 핵융합 꿈의 또 다른 부분은 폐기할 핵폐기물이 없다는 것입니다. 폐기하는 데 수백 또는 수천 년이 걸릴 수 있는 폐기물입니다. 세 번째 부분은 핵융합이 연쇄 반응이 아니므로 폭주하는 핵 반응 및 폭발의 위험이 존재하지 않는다는 것입니다.

전기를 생산하는 것이 전 세계 온실가스 배출량의 약 XNUMX분의 XNUMX을 차지하므로 꿈의 마지막 부분은 핵융합 발전소를 전국에 뿌려 고강도 무탄소 전기 에너지를 제공하는 것입니다.

그러나 그것은 단지 꿈일 뿐이라는 것을 기억하십시오. 그 이점에도 불구하고 무탄소 핵융합은 2050년까지 석유 및 가스 산업을 폐업시키지 않을 것이며 아마도 2100년까지도 마찬가지일 것입니다.

테이크 아웃.

인류는 태양의 빛과 열원을 복제했습니다. 약 섭씨 15만 도에서 태양의 가스 내부는 엄청난 압력으로 압축됩니다. 티스푼의 무게는 750gm 또는 1.65lb입니다. ) 인상적인 업적입니다.

그러나 핵융합은 상업적 응용을 상상하는 것조차 그리 멀지 않습니다.

그렇다면 왜 우리는 그것을 조사하는 데 많은 돈을 쓰고 있습니까? 그게 선진국들이 하는 일이니까요. 그들은 James Webb과 같은 망원경을 만들고 우주를 연구하기 위해 위성에 설치합니다. 그들은 남자와 여자를 달에 보내기 위해 로켓을 만듭니다. 그들은 충돌하기 전에 양성자를 빛의 속도로 가속하기 위해 자기 경마장을 만들고 조각에서 Higgs boson과 같은 애매한 아 원자 입자를 드러냅니다.

정치는 과학에 대한 정부 지원과 자금이 어디에 분배되는지 결정하는 데 큰 역할을 합니다. 고맙게도 위에서 보고된 바와 같이 인류에게 직접적으로 도움이 되는 긴급한 문제를 해결하기 위해 과학을 사용하는 국가의 많은 사례가 존재합니다.

참조 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16년 2022월 XNUMX일.