핵융합 발전이란 (간단 정리)

 

 
핵융합 반응이란 

 온도와 압력이 매우 높은 환경에서 두 개의 가벼운 원자핵(수소)이 결합해 무거운 원자핵을 만들어내는 핵반응이다.
²₁H + ²₁H → ⁴₂He + E(에너지)
²₁H : 중수소          ※(¹₁H : 수소)
⁴₂He : 헬륨

 이 과정에서 핵반응 후의 총질량이 핵반응 전의 총질량보다 줄어들고, 질량 에너지 동등성에 따라 줄어든 질량은 에너지로 변환된다.

(질량 에너지 동등성 : 질량과 에너지가 서로 변환될 수 있다는 것)

ΔE = Δmc² 

E: 에너지 
m : 질량 
c : 광속
 

이 과정에서 생성된 엄청난 양의 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 방식이 핵융합 발전이다.

[요약]

질량이 작은 여러 개의 원자핵이 합쳐져 무거운 원자핵이 되는 핵반응을 통해 전기를 생산하는 방식이다.

 
    핵융합 ≠ 핵분열 
     (핵분열이 궁금하다면 핵분열 발전 편에서 확인해 주세요)

2023.08.20 - [꿀팁] - 핵분열 발전이란 (간단 정리)

친환경적인 에너지 원천으로, 지속 가능한 에너지 공급원이다.

 

 

핵융합 발전 방식에는 여러 가지가 있지만 간단히 2가지만 설명해 드리겠습니다.

 
 

 

NIF 방식

 

1. NIF 방식 (관성 가둠 방식)

NIF(미국 국립 이그니션 패시티) 방식은 핵융합 발전 기술 중 하나로, 높은 온도와 압력을 이용하여 수소 원자핵이 서로 융합하여 헬륨과 에너지를 생성한다.

이 방식은 미국 국립 레이저 설터(NLL)에서 개발된 레이저 유도 방식을 활용하여 핵융합을 달성하려고 시도하고 있다.

 

 NIF 방식 원리와 특징  : 

 
  •레이저 유도 : 강력한 레이저를 사용하여 작은 연료 펠릿을 표적으로 정확하게 조준하고, 이 펠릿을 강력한 에너지로 압축한다.  이 압축 과정에서 펠릿 내부의 수소 원자핵이 서로 가까워지며, 높은 온도와 압력 조건이 형성된다.

(펠릿 : 작은 고체 연료 입자) 

  •열 및 압력 : 펠릿 내부의 높은 온도와 압력은 수소 원자핵들의 척력을 극복하고 원자핵이 서로 융합할 수 있는 조건을 만든다.  이 과정에서 헬륨과 중성자가 생성되며, 이때 방출되는 에너지가 열 에너지로 변환된다.

 •에너지 생성 : 핵융합 반응으로 생성된 에너지는 열과 광선 에너지 형태로 방출된다.  이 에너지를 적절히 수집하여 전기 발전을 위한 효율적인 방식으로 이용하려고 한다.

NIF 방식은 핵융합 발전 기술 중 하나로서 극도로 높은 온도와 압력을 달성하기 위해 매우 강력한 레이저 시스템을 사용해야 한다.

그러나 여전히 기술적, 공학적 어려움이 남아 있어 상용화까지는 여러 가지 문제를 극복해야 한다.

 

토카막 방식

2. 토카막 방식 (자기 가둠 방식)

 토카막 방식은 핵융합 에너지를 발생시키기 위해 사용되는 장치이다. 
이 방식은 핵융합 연료(수소)를 플라즈마 상태로 만들어 중력에 의한 압축 없이도 높은 온도와 압력을 유지하여 핵융합 반응을 유지하는 원리를 기반으로 한다.


 토카막 방식 원리와 특징 : 

  •플라즈마 상태 : 토카막 방식에서는 연료로 수소 등의 경량 원자를 이용하여 플라즈마를 생성한다.  플라즈마는 고온, 고밀도의 전자와 양이온으로 구성된 상태로, 매우 높은 에너지 상태이다.

(플라즈마 : 플라즈마는 태양 표면, 번개, 별의 내부, 핵융합 장치 등 다양한 자연 현상과 기술적 응용에서 나타날 수 있는 상태)

  •제어 : 플라즈마를 유지하기 위해 강력한 자기장을 사용한다.  이 자기장은 플라즈마를 격리하고 제어하는 역할을 수행하여 플라즈마가 냉각되지 않고 유지될 수 있도록 한다.
 
 •열 및 압력 조건 : 플라즈마 내의 높은 온도와 압력은 수소 원자핵 간의 척력을 극복하고, 원자핵이 서로 융합하는 조건을 만든다.  이 과정에서 헬륨과 중성자가 생성되며 에너지를 방출한다. 


토카막 방식은 핵융합 발전 기술 중에서도 상대적으로 안정적이고 핵폐기물 생성이 적은 장점이 있다.

 그러나 필요한 자기장 제어 기술 등에도 여전히 기술적인 어려움이 존재하며, 연구와 개발이 진행 중인 단계이다. 
토카막 방식은 깨끗하고 거의 무한한 에너지를 얻을 수 있는 가능성을 제공한다.