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- 단 0.2mg의 중수소-삼중수소 연료로 69메가줄의 에너지를 생산
- 처음으로 69메가줄의 에너지를 생성하지만 손익분기점 아직 도달 못해

핵융합: JET 원자로가 세계 에너지 기록을 달성했다.
Fusion은 처음으로 69메가줄의 에너지를 생성하지만 손익분기점 아직 도달 못해.

세계 기록:
영국의 JET 핵융합로는 최근 실험에서 새로운 에너지 기록을 세웠다. 단 0.2mg의 중수소-삼중수소 연료로 69메가줄의 에너지를 생산했다. 이것은 다른 어떤 핵융합 실험보다 더 많은 에너지다. 그러나 이 토카막 원자로는 여전히 핵융합에 의해 생성된 것보다 플라즈마를 가열하기 위해 더 많은 에너지를 사용해야 했다. 그럼에도 불구하고 JET는 미래의 유럽 대규모 원자로 ITER에 대한 중요한 통찰력을 제공한다. 

▲ JET(Joint European Torus)의 핵융합실. 이 핵융합로에서 새로운 에너지 기록이 달성되었다. © 영국 원자력청

핵융합은 미래의 가능한 에너지원으로 간주되지만 어떤 유형의 원자로가 이에 가장 적합한지에 대해서는 여전히 논쟁이 있다. 레이저 융합은 이미 융합 플라즈마의 점화를 달성했지만 한 번에 아주 적은 양의 연료만 사용할 수 있다. 반면에 더 많은 양의 플라즈마는 스텔라레이터 또는 토카막 원리에 기반한 자기 밀폐 반응기를 사용한다. 후자에는 건설 중인 대형 원자로 ITER뿐만 아니라 영국의 JET(Joint European Torus)도 포함된다.

5초에 69메가줄

최근 유럽 연구 컨소시엄인 EUROfusion은 JET 핵융합 시스템이 새로운 에너지 기록을 달성했다고 보고했다. 마지막 실험에서 원자로는 5.2초의 플라즈마 방전 동안 0.2mg의 연료로부터 69메가줄의 에너지를 생성했는데 이는 세계 기록이다. 지금까지 다른 어떤 핵융합로도 열과 고속 중성자의 형태로 이 정도의 에너지를 생산한 적이 없다. 이에 따라 JET는 2021년부터 자체 기록을 59메가줄로 늘렸다.

“이 세계 기록은 사실 부산물이다. JET에서 9명의 태스크 포스 리더 중 한 명으로 일했던 막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소의 아티나 코파토우(Athina Kappatou)는 "적극적으로 계획된 것은 아니었지만 우리는 그것을 기대하고 있었다"며 "이 실험 캠페인은 주로 미래 발전소에 필요한 다양한 조건을 달성하고 이를 통해 현실적인 시나리오를 테스트하는 것에 관한 것이었다"고 설명했다.

아직 순 에너지 증가가 없다.

그러나 이 에너지 기록으로 인해 JET 원자로는 양의 에너지 균형에 도달하지 못했고 따라서 핵융합의 "손익분기점"에도 도달하지 못했다. 생성된 핵융합보다 플라즈마를 가열하는 데 더 많은 에너지가 투입되어야 했기 때문이다.

이유는 JET 및 기타 자기밀폐형 핵융합로에서 핵융합을 위해서는 레이저 핵융합보다 더 많은 양의 플라즈마를 가열해야 한다. 물리학자들은 ITER만이 손익분기점에 필요한 비율을 달성할 수 있다고 가정한다.

▲ 이렇게 얽힌 라인과 기계 한가운데에는 JET 핵융합로가 거의 눈에 띄지 않다. © United Kingdom Atomic Energy Authority

그럼에도 불구하고 물리학자들은 이 기록을 중요한 진전으로 보고 있다. EUROfusion의 Ambrogio Fasoli는 "에너지 기록은 ITER 및 DEMO와 같은 미래 핵융합 시설에 대한 우리의 운영 시나리오를 검증하고 핵융합 에너지 개발에 대한 더 큰 확신을 준다"고 말했다. “이제까지 ​​한 번도 해보지 못한 일을 이뤄냈고, 융합물리학에 대한 이해도 깊어졌다.”

ITER 등을 위한 중요한 준비 작업

예를 들어, 미래의 대규모 원자로에 중요한 것은 핵융합 시스템의 플라즈마 흐름과 난류를 제어하고 토러스 벽을 보호하는 방법에 대한 지식이다. 프랑스 원자력청(French Atomic Energy Agency)의 Emmanuel Joffrin은 “JET에서 우리는 플라즈마에서 출구까지의 강렬한 열을 약화시키는 방법과 에너지 폭발 없이 플라즈마의 가장자리를 안정적인 상태로 만드는 방법을 시연했다”며 "둘 다 미래 핵융합로의 벽을 보호하는 데 중요하다"고 말했다.

동시에 JET 원자로는 중수소-삼중수소 혼합물을 핵융합 연료로 사용하는 것을 테스트하고 최적화하는 역할도 했다. JET의 페르난도 리미니(Fernanda Rimini)는 "우리는 이후의 상용 핵융합 발전소와 동일한 핵융합 플라즈마용 연료 혼합물을 사용한다"고 말했다. 전반적으로 JET 연구용 원자로는 거의 40년 동안 운영되면서 핵융합 연구에 상당한 기여를 했다. JET는 이제 하루를 보냈다. 시험로의 운영은 2023년 말에 종료되었다.

출처: EUROfusion, 막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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