입력 2022.2.10.

CNN 원문 2022.2.10.

[시사뷰타임즈] 기후 위기에 특효약이란 건 없지만, 핵융합이 특효약에 가장 가까운 것일 수도 있다. 신뢰할 만한 동력원이면서도 거의 무한대이자 無탄소인 것에 대한 탐구를 하면서, 과학자들은 전에도 융합 에너지를 만들어 냈었지만, 이것을 아주 오랫동안 지속시키기 위해 수십년 동안을 분투해 왔다.

수요일, 하지만, 영국에서 일하고 있는 과학자들은 핵융합을 만들어내어 읷을 지속시켰던 종전의 기록을 두 배 이상 늘렸다고 공표했는데, 이것은 태양과 별들이 그토록 밝게 빛나게 해주는 과정과 똑같은 것이다.

핵융합이란, 그 자체 명칭이 시사하듯, 더 큰 것 속에다가 두가지 또는 그 이상의 원자들을 융합시키는 것인데, 어마어마한 양의 에너지가 열로 분출되는 과정을 말한다.

오늘날의 원자력 발전은 핵 분열이라고 불리는 다른 과정을 통해 만들어지는 것으로, 원자들을 융합시키는 것이 아니라 쪼개는 것에 의존한다. 그러나 이러한 과정은 수만년 동안 방사능으로 남아있을 수 있는 폐기물을 새로 만들어 낸다. 원자력 발전은 또한 지진과 대해일이 야기시켰던 2011년 일본 후꾸시마 핵 발전소 재앙과 같은 사고가 있게될 경우 잠재적으로 위험스러울 수도 있다.

융합은, 반면에, 훨씬 더 안전하며 폐기물을 거의 생산하지 않읋 수도 있고 바닷물에서 추출한 요소들을 포함하여 천연에서 풍부히 얻는 연료 소량만을 요한다. 이러한 점이 핵융합을 -기후 변화로 몰고 가는 화석 연료를 세계가 멀리할 있기에- 매력적인 선택지로 만들고 있다.

토카막이라고 알려진 거대한 도넛 모양의 기계 속에서, 악스펏 (옥스포드) 인간의 칼햄이라는 영국 마을에서 일하고 있는 과학자들은 지난해 12월21일 5초 동안에 걸쳐 기록을 깨는 지속된 융합 에너지 59 메가줄이나 만들어 낼 수 있었다. 5초는 이 기계의 자석들이 과열되기 이전에 동력을 지속할 수 있는 한계를 뜻한다.

 줄 (joule; J) 과 메가줄 (megajoule)... 자세히 보기

자기장은 융합 과정을 행할 때 필요한 고온 -섭씨 1억5찬만 도 정도가 될 수도-을 함유하고 있을 것을 요하는데, 이는 태양의 중심부 보다 10베 더 뜨거운 것이다.

유러융합의 최고경여앚인 토니 돈은 시자회견에서 “우리가 행한 실험은 사상 최초로 이래의 융합 발전소용으로 계획된 정확히 똑같은 연료 혼합을 이용하여 지속되는 융합과정을 갖는 것이 가능하다는 것을 보여준 것이다.” 라고 했다.

유러융합은 전문가 4,800명, 학생들 및 유럽 전역의 직원들이 포함돼 있는 협력체로서 영국 원자 에너지국과 동반자 관계로 이 특별계획을 수행했다. 유럽 위원회도 자금 지원에 기여했다.

융합 에너지의 잠재력은 엄청나다. 이 실험에서는 중수소와 T 삼중수소 -이 두 가지는 수소 동위원소- 라는 요소들을 사용하여 융합 연료로 했다. 이러한 요소들은 상업적인 규모의 융합에서도 이용될 가능성이 크며, 바닷물에서 발견할 수 있다.

캠브리지 대학교 엔지니어링 부의 토니 라울스톤은 CNN에 중수소와 T 삼중수소 연료에서 얻어낼 수 있는 것은 대규모이다. 예를 들어, 영국의 현재 1일 전기 수요량 전체에 동력을 공급하려면, 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소 0.5톤이 필요할 것인데 -- 바닷물에는 이것의 집중도는 낮치만 풍부하다.“ 고 했다.

그는 융합은 합동유럽원형체 (JET) 라고 불리는 토카막 -- 풍럭발전기의 엔진과 거의 똑같은 -- 이 만들어 내며, 어느 집의 하루에 필요한 에너지를 공급할 수도 있다고 했다.

“그러나 반복하여 계속 만들어 낸다면, 수천 채의 집에 동력을 공급할 수도 있다.”

전문가들은 이 결과들은 핵 융합은 가능하며, 기후 위기에 대해 더 이상 몽상 같은 해법이 아니라고 말한다.

영국의 원자 에너지국 최고책임자인 이안 챞맨은 “이 획기적인 결과들은 가장 큰 과학적이자 공학적인 난제 모든 것들 중 한 가지 정복에 더욱 가까운 엄청난 걸음을 내딛게 한 것이다.” 라고 했다.

런던 제국 대학교의 핵 물질 연구원인 맑 웬맨은 성명에서 이 실험의 결과들은 “흥미진진한 것” 이며, 융합 에너지가 정말이지 더 이상 단지 먼 미래의 꿈일 뿐이 아니라는 것을 보여준는데 -- 이것을 유용하고 청정 동력원으로 기획 설계하는 것은 성취가능한 것이며 현재 일어나고 있는 일이다.“ 라고 했다.

JET는 이 실험이 마지막에는 극복할 가능성이 크지만 극도의 열과 압력에 시달려왔다.

그러나 이 실험의 결과들은 ITER에게 있어서는 엄청나게 요긴한 것으로 보이는 바, ITER이란 미국, 중국, 유럽연합, 인도, 일본, 한국 그리고 라셔 (러시아) 등의 지원을 받는 프랑스 남부의 대형 융합 특별계획을 가리킨다. ITER 특별계획은 80% 지어져 있으며 2025-2026 사이에 핵 융합 시작을 목표로 하고 있다.

JET의 목표가 핵융합이 만들지고 지속될 수 있다는 사실을 입증하겠다는 것인 반면, ITER이 지향하는 바는 되돌림 에너지 10배 생산, 다른 말로 하면 투입한 연료 20 MW로 융합 동력 500 MW를 생산하겠다는 것이다.

이 실험 결과들은 유망한 것이지만, 매일매일의 에너지 원이 되도록 핵 융합을 정복한다는 것은 아직은 멀리 떨어져 있는 것일 가능성이 크다.

라울스톤은 “JET의 실험 결과들은 인상적이며 아마도 자신들의 실험을 계속해 나가만셔 더 나아질 것이다. 저들은 강력하게 12 MW를 생산하고 있지만, 지금 당장은 단지 5초 동안일 뿐이다. 훨씬 더 오랫 동안 융합연소가 있을 것이 요구된다.” 고 했다.

기후 변화에 대한 정부간 위훤회 (IPCC) 의 가장 최근의 과학에 대한 보고서는 세계가 20년대 동안에 온실가스 순배출 양을 거의 절반으로 해야 하고 지구 온난화를 막기 위해 2050년까지 순배출가스를 0에 이드도록 점검해야 함을 보여준다. 이것은 화석연료 -석탄, 기름 그리고 가스 등- 로부터 급속하게 전환하는 것을 뜻한다.

IPCC에 따르면, 이러한 조치들은 산업 시데 이전 수준 이상으로 온난화를 섭씨 1.5도로 억제한다는 희망을 조금이라도 갖기 위해 요구되는 것이며, 실질적으로 악화되고 있는 기후 영향의 한계점으로 보인다고 했다.

A giant donut-shaped machine just proved a near-limitless clean power source is possible

 

By Danya Gainor and Angela Dewan, CNN

 

Updated 0845 GMT (1645 HKT) February 10, 2022

 

(CNN)There's no silver bullet to the climate crisis, but nuclear fusion may be the closest thing to it. In the quest for a near-limitless, zero-carbon source of reliable power, scientists have generated fusion energy before, but they have struggled for decades to sustain it for very long.

 

On Wednesday, however, scientists working in the United Kingdom announced that they more than doubled the previous record for generating and sustaining nuclear fusion, which is the same process that allows the sun and stars to shine so brightly.

 

Nuclear fusion is, as its name suggests, the fusing of two or more atoms into one larger one, a process that unleashes a tremendous amount of energy as heat.

 

The core of the JET tokamak machine in Culham, England.

 

Nuclear power used today is created by a different process, called fission, which relies on splitting, rather than fusing, atoms. But that process creates waste that can remain radioactive for tens of thousands of years. It's also potentially hazardous in the event of an accident, such as Japan's 2011 Fukushima disaster, triggered by an earthquake and tsunami.

 

Fusion, on the other hand, is much safer, can produce little waste and requires only small amounts of abundant, naturally-sourced fuel, including elements extracted from seawater. This makes it an attractive option as the world transitions away from the fossil fuels driving climate change.

 

In a giant donut-shaped machine known as a tokamak, scientists working in the English village of Culham, near Oxford, were able to generate a record-breaking 59 megajoules of sustained fusion energy over five seconds on December 21 last year. Five seconds is the limit the machine can sustain the power before its magnets overheat.

 

The JET tokamak near Oxford, England, produced a record amount of sustained energy from nuclear fusion. Credit: EUROFusion.

 

A magnetic field is required to contain the high temperatures needed to carry out the fusion process, which can be as high as 150 million degrees Celsius, 10 times hotter than the center of the sun.

 

"Our experiment showed for the first time that it's possible to have a sustained fusion process using exactly the same fuel mix planned for future fusion power plants," Tony Donné, CEO of EUROfusion, said at a press conference.

 

EUROfusion, a consortium that includes 4,800 experts, students and staff from across Europe, carried out the project in partnership with the UK Atomic Energy Authority. The European Commission also contributed funding.

 

The potential for fusion energy is enormous. The experiment used the elements deuterium and tritium -- which are isotopes of hydrogen -- to fuel the fusion. Those elements are likely to be used in commercial-scale fusion, and can be found in seawater.

 

"The energy you can get out of the fuel deuterium and tritium is massive. For example, powering the whole of current UK electrical demand for a day would require 0.5 tonnes of deuterium, which could be extracted from seawater -- where its concentration is low but plentiful," Tony Roulstone from the University of Cambridge's Department of Engineering told CNN.

 

He said the fusion generated by the tokamak -- called the Joint European Torus (JET) -- was around the same as a wind turbine, and could power one house's energy for a day.

 

A view of Torus Hall, where the JET tokamak machine lies.

 

"But if generated repeatedly, it could power thousands of houses."

 

Experts say the results prove that nuclear fusion is possible, and no longer a pipedream solution for the climate crisis.

 

"These landmark results have taken us a huge step closer to conquering one of the biggest scientific and engineering challenges of them all," said Ian Chapman, CEO of the UK Atomic Energy Authority.

 

Mark Wenman, a nuclear materials researcher at Imperial College London, said in a statement that the experiment's results are "exciting," and that they show "fusion energy really is no longer just a dream of the far future -- the engineering to make it a useful, clean power source is achievable and happening now."

 

JET has been subject to such extreme heat and pressure that this experiment is likely the last it will cope with.

 

But its results are seen as a huge boon for ITER, a fusion megaproject in the south of France supported by the US, China, the European Union, India, Japan, Korea and Russia. The ITER project is 80% built and aims to begin nuclear fusion sometime in 2025-26.

 

While JET's goal was to prove that nuclear fusion could be generated and sustained, ITER's aim is to produce a tenfold return on energy, or 500 MW of fusion power from 50 MW of fuel put in.

 

Nuclear energy scares people. The climate crisis is giving it another chance

 

The results are promising, but mastering nuclear fusion as an everyday energy source is still likely a long way off.

 

"The JET results are impressive and probably will get better as they proceed through their experiments. They are producing high power 12 MW, but right now just for five seconds. Much longer fusion burn is what is required," Roulstone said.

 

The most recent report from Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) on the latest science shows that the world must nearly halve its greenhouse gas emissions this decade and reach zero net emissions by 2050 to keep global warming in check. That means making a rapid transition away from fossil fuels, like coal, oil and gas.

 

Those actions are required to have any hope of containing warming to 1.5 degrees Celsius above pre-industrial levels, seen as a threshold to substantially worsening climate impacts, according to the IPCC.

 

This story has been updated with additional information.

 

[기사/사진: CNN]