원자를 함께 부수어 전력을 생성하는 것은 연료가 풍부하고 소량이 필요하며 반응이 수명이 긴 방사성 폐기물을 거의 생성하지 않고 탄소 배출이 없기 때문에 상당한 가능성을 가지고 있다. 문제는 핵융합을 시작하는 것이 일반적으로 반응이 생성하는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 사용하므로 상업적 핵융합 공장은 현재 먼 꿈이 되고 있다는 것이다.

하지만 지난 12월, 로렌스 리버모어 국립 연구소의 과학자들은 처음으로 "융합 점화"를 달성하면서 중대한 돌파구를 마련했다. 이 용어는 넣은 것보다 더 많은 에너지를 생산하고 자급자족하는 핵융합 반응을 말한다.

파이낸셜 타임즈의 보고서에 따르면 이제 국가 점화 시설(National Ignition Facility)의 팀이 위업을 반복했다. 그리고 이번에 그들은 이전 시연보다 훨씬 더 높은 에너지 생산량을 생산했으며, 이는 진전이 속도를 내고 있음을 시사한다.

“2022년 12월 국가 점화 시설(National Ignition Facility)에서 처음으로 핵융합 점화를 시연한 이후, 우리는 이 흥미진진한 새로운 과학 체계를 연구하기 위한 실험을 계속 수행했다. 7월 30일 실시한 실험에서 NIF에서 점화를 반복했다”고 파이낸셜 타임즈에 말했다. "우리의 표준 관행에 따라 다가오는 과학 회의 및 동료 검토 간행물에서 이러한 결과를 보고할 계획이다."

국립 점화 시설(National Ignition Facility)은 관성 감금(inertial confinement)이라는 핵융합 접근 방식을 사용한다. 여기서는 192개의 믿을 수 없을 정도로 강력한 레이저 어레이가 중간에 작은 연료 알갱이가 있는 금 용기에 발사된다. 연료 펠릿은 중수소와 삼중수소라고 하는 두 가지 다른 수소 동위원소로 구성된다.

레이저가 금 캐니스터 내부에 닿으면 X선을 생성하여 연료 펠릿을 매우 높은 수준으로 가열 및 압축하여 플라즈마를 생성한다. 이것은 연료의 수소 원자가 서로 융합하고 헬륨 원자를 생성하여 그 과정에서 폭발적인 에너지를 방출하는 조건을 만든다. 전체 과정은 10억분의 1초에 불과하고 연료 펠릿은 직경이 1밀리미터에 불과하지만 상당한 양의 에너지를 생성하기에 충분하다.

작년 테스트 동안 이 시설은 3.15메가줄의 에너지를 생성할 수 있었는데, 이는 레이저 빔의 에너지보다 약 50% 더 많은 것이다. 이번에는 그룹이 3.5메가줄 이상을 생성하여 불과 몇 달 만에 상당한 개선을 보였다.

임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 제레미 치텐든(Jeremy Chittenden)은 뉴 사이언티스트에 개선의 핵심은 근본적인 핵융합 반응을 제어하는 방법에 대한 연구원들의 이해가 커짐에 있다고 말했다. 플라즈마를 더 오래 유지함으로써 팀은 공정에서 더 많은 에너지를 짜낼 수 있었다.

많은 주의 사항이 있다. 처음에는 반응이 레이저 빔보다 더 많은 에너지를 생성했지만 실제로는 레이저와 나머지 시설에 전력을 공급하는 데 훨씬 더 많은 에너지가 사용되었다. 핵융합 원자로가 실행 가능하려면 발전소를 가동하는 데 필요한 총 에너지보다 훨씬 더 많은 전력을 생성해야 한다.

게다가 연구실에서 취한 핵융합 접근 방식은 작동하는 발전소를 만드는 데 특별히 적합하지 않다. 레이저가 냉각되는 데 시간이 필요하고 연구자들이 수동으로 연료 펠릿을 교체해야 하기 때문에 이와 같은 단일 점화 실험을 설정하는 데 하루 종일 걸린다. 상당한 양의 전력을 생성하려면 반응을 1초에 여러 번 실행해야 한다.

핵융합로를 만들기 위한 대부분의 다른 노력은 초강력 자석을 사용하여 장시간 동안 고온 플라즈마를 포함하는 자기 구속이라는 접근 방식에 의존한다. 이들 중 어느 것도 아직 핵융합 점화를 달성하지 못했지만 이 접근 방식은 아마도 상업용 발전소 건설에 더 적합할 것이다.

그러나 미래의 핵융합 발전소에 대한 청사진을 제시할 것 같지는 않더라도 NIF의 핵융합 점화 시연과 에너지 수율의 급속한 발전은 이 분야에 상당한 고무가 될 것이다.

이미지 제공: 로렌스 리버모어 국립 연구소/로이터