고압 수중 핵융합

http://home.freechal.com/airengine/03/1/30798885

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고밀도 자기장 내의

고압수중에서

플라즈마를 발생시키면

용이하게 핵융합을 일으킬 수 있습니다.

물에 전달된 에너지는 물엔진을 이용하여

동력으로 전환할 수 있습니다.

공기엔진 간략자료  ☜클릭

http://www.nfri.re.kr/nuclear/main-sun.html

1. 1억도의 플라즈마가 필요하다.(환경)           ① 지상에서 태양 내부와 같은 플라즈마를 만들기 위해서는 플라즈마를 1억도 이상으로 가열해야              한다.       2. 1억도의 플라즈마를 담을 그릇(용기)이 필요하다.(장치)           ① 가열된 플라즈마를 안정적으로 담을 용기는 지구상에 존재하지 않는다.              그래서 플라즈마가 자기력선에 감기는 속성을 이용하여 자기력선 그물망을 만들어 플라즈마를              가둔다. 즉 자기력선 그물망을 형성하는 용기를 만들어 플라즈마를 가두는 것이다.       3. 바닷물이 필요하다.(연료)           ① 핵융합 반응이 가장 일어나기 쉬운 조합은 ‘중수소’와 ‘삼중수소’의 결합이다.              핵융합 발전의 원료인 이 두 가지는 바닷물에서 거의 무한하게 산출이 가능하다.   ※ 현재 가장 발달한 핵융합장치인 토카막(TOKAMAK)은 강력한 자기력선 그물망을 이용하여   초고온의 플라즈마를 가두고 핵융합반응이 일어나도록 합니다. 이 때 토카막 안에서 중성자의   운동에너지로 나타나는 핵융합에너지가 열에너지로 변환되어 증기를 가열하고 터빈을 돌리면   대용량의 전기를 생산할 수 있다.         1. 플라즈마를 완전히 가두는 ‘자기력선 바구니’를 만들어라.           ① 플라즈마를 완전히 담을 ‘자기력선 바구니’ 만들기는 쉽지 않다. 1940년대 이후 연구된              플라즈마를 가두는 방법은 자기거울장치, 고리모양장치, 8자형 고리모양장치 (스텔러레이터)가              고안되었지만 플라즈마의 속성과 당시 기술력의 한계로 벽에 부딪쳤다.                                                                               한편, 1968년 구소련에서 외부 코일(자석)에 의한 자기력선과 플라즈마에 전류를 흘려 발생한              자기력선이 합성된 ‘자력선이 휨’ 상태에서 플라즈마를 효과적으로 가둘 수 있는 ‘토카막              (Tokamak)’ 방식의 장치(T-3)를 만들었다. 이처럼 플라즈마를 안정적으로 쉽게 가두는 토카막              장치가 세계 핵융합 연구의 주역이 되었다.                                 2. 플라즈마를 불순물로부터 차단하라.       공기분자나 용기의 벽에서 발생한 불순물이 섞인 플라즈마는 가열하여도 온도상승이 없고       열에너지를 빛의 형태로 방출해 버린다. 이를 해결하기 위해 고진공상태에서 불순물 영향을 적게       받는 소재 개발과 배기 기술 연구에 노력하였다.       3. 플라즈마의 불완전성을 해결하라.       플라즈마는 흔들림이 생길때 원상회복이 되기 보다는 흔들림의 방향으로 계속 진행하는 속성을       가지고 있어 용기 내벽에 접촉함에 따라 플라즈마 입자가 용기내벽 쪽으로 방출되어 버렸다.       이를 해결하기 위해 자기력선 분포제어를 통한 플라즈마 안정화 기술에 상당한 진보가 이루어졌다.

http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?atidx=0000023429

상온핵융합은 가능한가? 상온핵융합, 해프닝으로 끝날 것인가? 2008년 01월 24일(목)

21세기 과학난제 연일 치솟는 기름 값. 유가가 언제 배럴 당 100달러에 육박할 것이냐를 두고 여러 전망이 나온 지가 얼마 안 되었는데 이미 우리는 100달러 시대에 들어서 있다. 21세기에는 흥청망청 에너지를 쓰는 시대가 가고 다시 옛날의 추웠던 시절로 돌아갈 것인가? 이 문제는 과학자들이 앞으로 얼마나 빨리 값싼 대체에너지를 개발하느냐에 달려있다. ▲ 태양이나 별에서는 핵융합 반응이 일어난다. 핵융합 반응은 우주에서는 흔한 일이지만 지구에서는 실현하기가 어렵다.  ⓒEIT 현재 과학자들이 연구하는 대체에너지에는 태양에너지, 풍력에너지, 바이오연료, 핵융합에너지 등등 다양하다. 이 가운데에서 과학자들이 궁극적인 에너지로 지목하는 것은 핵융합에너지이다. 온실가스를 배출할 염려가 없고 태양처럼 거의 무한하게 사용할 수 있기 때문이다. 이런 까닭에서 핵융합에너지를 개발하려는 노력이 전세계적으로 이루어지고 있다. 미국, 러시아. 프랑스, 일본, 중국 등 전세계 주요 강대국들은 핵융합에너지의 실용화를 위해 거대한 핵융합 연구개발 프로젝트를 진행 중이다. 지난해 9월, 우리나라도 세계에서 6번째로, 최초의 핵융합로인 한국초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 완공했다. KSTAR는 12년 간 30여개 연구소와 기업이 공동으로 약 3000억 원의 거대 자금을 투입해 맺은 결실이다. 이처럼 많은 인력과 막대한 돈이 들어간다 해도 과학자들은 핵융합에너지가 실제 생활에 사용되려면 적어도 2050년은 되어야 한다고 예상한다. 국제적인 핵융합개발 프로젝트의 청사진에는 2050년쯤이면 최초로 상업용 핵융합 발전소가 건설될 예정이다. 그 사이 핵융합 개발에 들이는 비용은 수십조 원이 넘을 것이다. 그런데 이같은 거대 프로젝트를 무색하게 하는 과학자들이 있다. 자신의 작은 실험실에서 핵융합에너지를 개발하는 소박한 과학자들이 있다. 그들에게 필요한 것은 단지 간단한 화학 실험기기와 전기장치들뿐. 이들은 보통의 실내온도인 상온에서 비커와 같은 작은 공간에서 핵융합 반응을 이루려고 한다. 핵융합은 1억℃ 이상의 초온도를 얻어야 한다고 알려져 있다. 그런데 일부 과학자들은 상온에서도 가능하다고 생각한다. 만일 이들의 꿈이 실현된다면 거대 핵융합 개발은 헛수고가 될 수 있다. 상온핵융합은 과연 이루어질 수 있을까? 아니면 허망한 꿈일 뿐인가? 이 문제는 21세기 과학이 풀어야할 과제이다. 핵융합은 핵분열과는 정반대되는 현상이다. 핵분열은 현재 우리나라 전기사용량의 40%를 생산하는 핵발전소에서 쓰이는 반응이다. 핵분열이 무거운 우라늄 원자가 붕괴하면서 두 개의 가벼운 원소로 쪼개지는 반응이라면, 핵융합은 가벼운 수소 원자가 서로 뭉쳐져 좀더 무거운 헬륨 원자가 되는 반응이다. 하지만 이 두 반응에는 공통점이 있다. 이 과정에서 질량이 조금 줄어든다는 것이다. 아인슈타인의 유명한 방정식 E=mc2(E는 에너지, m은 질량, c는 초속 30만km인 빛의 속도)에 따라, 줄어든 질량은 빛의 속도와 곱해져 막대한 에너지로 바뀐다. 그래서 핵에너지는 작은 연료로도 많은 에너지를 생산한다는 장점이 있다. 하지만 핵분열로 얻은 에너지는 핵폐기물이나 안전성 때문에 항상 논란의 대상이다. 반면 핵융합 에너지는 걱정할 핵폐기물도 없고 폭발의 위험성도 없다. 온도를 조금 떨어뜨리기만 해도 핵융합 반응이 사라지기 때문이다. 핵융합은 빛을 내는 태양이나 별에서 일어나는, 우주에서 아주 흔한 현상이다. 하지만 지구에서는 상황이 다르다. 물질을 1억℃ 이상의 초고온 상태로 끌어올리기도 힘들뿐 아니라 이처럼 뜨거운 물질을 보관할 용기도 없다. 현재 핵융합 개발에서는 용기 대신 자기장으로 초고온의 물질을 가두어놓는다. 이와 같은 핵융합은 1950년대부터 연구가 진행되어 왔다. 그럼에도 성과는 아직 미미하 다. 아직 어느 핵융합 반응도 들어간 에너지보다 얻어진 에너지가 더 작다. 이런 까닭에 핵융합 연구는 에너지 위기설이 고개를 들 때에야 관심을 받아오곤 했었다. 그런데 1989년 과학자들을 깜짝 놀라게 하는 일이 있었다. 1983년 3월 23일 미국 유타대학의 스탠리 폰즈와 마틴 프라이슈만은 상온에서 핵융합을 얻는데 성공했다고 전세계 언론에 발표했다. 뿐만 아니라 들어간 에너지보다 더 많은 양의 에너지가 발생했다고 주장했다. 그런데 놀라움은 여기서 끝나지 않았다. 이들의 방법은 너무나도 간단했다. 중수에 전극을 걸어주면 되었다. 수소는 가장 작은 원소로 하나의 양성자와 하나의 전자로 이루어져 있다. 중수소는 수소의 동위원소로, 일반 수소에 없는 중성자가 하나 있어 무겁다. 중수는 바로 핵융합에 필요한 원료인 중수소로 이루어진 물이다. 폰즈와 프라이슈만은 이 중수와 함께 팔라듐과 리튬 원소를 비커에 담은 후 전극을 집어넣고 전류를 흘려주었다. 그러면 중수에 들어있던 수소가 팔라듐 원소의 빈 공간에 채워진다. 이렇게 되면 팔라듐의 결정격자 안에서 압력이 급격히 증가해 수소가 헬륨으로 바뀌는 핵융합 반응이 일어났다고 이들은 설명했다. 팔라듐은 1803년 영국 화학자 울러스턴이 백금에서 분리해 발견했다. 이보다 1년 전에 발견된 소행성 팔라스의 이름을 따서 명명되었다. 팔라듐은 71번째로 희소한 원소지만 백금이나 금보다는 많다. 팔라듐에서 수소가 헬륨으로 융합한다는 아이디어는 폰즈와 프라이슈만이 처음으로 생각해낸 것이 아니었다. 19세기 말 두 명의 독일 과학자가 제안한 것이었다. 당시 이들은 상온에서 팔라듐에 수소가 헬륨으로 뭉쳐지는 핵융합이 일어난다고 보고했다. 하지만 훗날 이들은 자신들이 관측했던 헬륨이 실험에서가 아니라 공기에서 비롯된 것이라고 인정했다. 상온핵융합은 영어로 'cold fusion'이라고 한다. 1억℃ 이상이 뜨거운(hot) 핵융합 반응과 대비해서 붙여졌다. 이 말은 폰즈와 프라이슈만의 실험이 발표되기 3년 전, 미국 브라이엄영대학의 폴 팔머 박사가 지었다. 팔머는 지구와 같은 행성의 내부 중심에서 핵융합이 가능한지를 조사하는 과정에서 'cold fusion'이라는 용어를 지었다. 어쨌건 1989년 폰즈와 프라이슈만이 실험적으로 상온핵융합을 성공했다는 발표는 당시 전세계에서 센세이션을 일으켰다. 멀게만 느껴졌던 핵융합이 당장 상업화가 가능해졌기 때문이었다. 과학자들은 앞 다투어 폰즈와 프라이슈만의 연구결과를 재현해보고자 했다. 이들의 주장처럼 비커에서 핵융합 반응을 일으키려고 했다. 그런데 실험결과는 애매했다. 결과는 들쭉날쭉했다. 그래서 미 에너지부는 상온핵융합에 대한 과학자들의 연구결과들을 모아 1989년 12월 이에 대한 보고서를 발표했다. 결론은 폰즈와 프라이슈만의 실험을 재현할 수 없었다는 것이었다. 미 에너지부의 보고서에도 불구하고 여러 곳에서 상온핵융합을 재현하고자 하는 실험이 진행되었다. 일본에서도 대대적인 조사가 벌어졌다. 1992년부터 1997년까지 약 200억 원을 들여 상온핵융합을 연구했다. 일본도 같은 결론이었다. “우리는 상온핵융합이라고 주장했던 결과를 얻을 수 없었다”고 발표했다. 이렇게 되자 대부분의 과학자들은 상온핵융합을 해프닝으로 결론을 내렸다. 현재 대부분의 과학자들은 상온핵융합을 포기했다. 20세기를 정리하면서 미국의 타임지는 1999년 6월 14일자에 지난세기에 가장 나빴던 아이디어 100가지 중 하나로 상온핵융합을 선정했다. ▲ 1989년 폰즈와 프라이슈만이 발표한 상온핵융합 실험은 전세계의 주목을 받았다. 당시의 실험도구가 미국 타임지의 표지를 장식했다.  ⓒTIME 그럼에도 불구하고 여전히 상온핵융합에 도전하는 과학자들이 있다. 상온핵융합에 관한 논문은 보통 저명한 저널에 게재되지 않는다. 대신 과학자들끼리 서로 비평해주는 저널에 발표되었다. 지금까지 상온핵융합을 보여주는 논문이 490개 이상 발표되었다. 한편 상온핵융합에 대한 긍정적인 실험보고서와 부정적인 실험보고서는 1370개를 넘었다. 아직 상온핵융합은 과학계에서 완전히 수그러들지 않은 것이다. 포기하기엔 너무나도 매력적인 주제이기 때문이다. 만약 상온핵융합을 실현시키면 대박이 나게 되니까. 이런 이유에서 미 해군연구소는 1989년 이후 꾸준히 상온핵융합에 대한 연구를 지원하고 있다. 문제의 핵심은 폰즈와 프라이슈만의 주장처럼 상온에서 들어간 에너지보다 나온 에너지가 더 많았느냐는 것이었다. 이를 통해 진정 핵융합 반응이 비커에서 일어났는지를 결정할 수 있다. 미 해군연구소는 이를 알아보기 위해 10년 넘게 200번 이상의 실험을 수행했다. 그런 다음 2002년 2월, 미 해군은 상온핵융합에 대한 보고서를 내놓았다. 그들은 상온핵융합이 존재한다고 본다면서 앞으로도 계속 이에 대한 지원을 할 것이라고 발표했다. 이 지원의 결과로 지난해, 미 해군연구소의 연구원들이 상온핵융합에 대한 연구결과를 저명한 저널에 발표했다. 미국 샌디에이고에 위치한 미 해군연구소의 프랭크 고든이 이끄는 연구팀은 2007년 12월 유럽물리학회 응용물리학 저널에 상온핵융합에 대한 연구결과를 내놓았다. 이보다 먼저 지난해 초, 이 논문은 과학자들끼리 자신들의 연구결과를 서로 검토해주는 저널인 Naturwissenschaften지에 발표되었다. 이 저널에는 과거에 알버트 아인슈타인, 베르너 하이젠베르크와 같은 유명 과학자들이 게재했었다. 이 때문에 이 논문은 상당한 관심을 받았다. 영국 과학잡지 뉴사이언티스트는 “상온핵융합, 또다시 핫뉴스?”라는 제목의 기사로 이 연구에 대해 5월 5일자에 소개했다. 프랭크 고든 연구팀은 실험에서 핵융합 반응이 일어났음을 증명하기 위해 폰즈와 프라이슈만이 사용한 중수와 팔라듐 용액에 CR-39라는 입자검출기를 넣었다. CR-39는 폴리머 플라스틱으로 안경렌즈의 재료다. 또한 핵반응이 일어났는지를 확인할 때도 사용된다. 고든 연구팀은 CR-39에서 핵융합 반응이 일어나면서 생기는 입자의 흔적을 확인했다고 발표했다. 한편 미 에너지부 역시 상온핵융합에 대해 포기하지 않은 기색이다. 1989년 상온핵융합이 가능한지에 대해서 결론을 내리지 못했던 미 에너지부는 당시 상온핵융합 연구 프로젝트를 따로 계획하지 않더라고 개별적인 연구는 지원할 필요가 있다고 했었다. 2003년 말에는 미 에너지부가 상온핵융합의 가능성을 재검토하기 시작했다. 이를 위해 18명의 전문가를 불러 그동안의 상온핵융합에 대한 연구를 검토하도록 했다. 1년여 동안의 조사결과에 대한 보고서를 2004년 12월에 발표했다. 보고서에 따르면 전문가 18명 중 12명은 상온핵융합이 가능하다는 증거를 발견하지 못했다고 했다. 반면 5명은 상온핵융합에 대해 다소 증거가 보였다고 했으며 1명은 결정적인 증거를 보았다고 했다. 또 18명의 전문가들 대부분은 상온핵융합 연구들이 제대로 설계되지 않았고 데이터나 주변의 환경요소를 제대로 분석되지 않았다는 의견을 내놓았다. 하지만 부정적인 결론에도 불구하고 전문가들은 상온핵융합에 대한 연구 지원이 필요하다고 권고했다. 아직 상온핵융합에 대해서는 실험적인 증거는 물론 이론도 제대로 밝혀지지 않았다. 이론적으로 불가능하다는 주장도 있지만 아직 완전히 밝혀진 것이 아니라는 반박도 있다. 초전도현상의 경우 발견된 후 40년 이상의 세월이 흘러서야 이론적으로 해명되었다. 1911년에 오네스가 초전도현상을 발견했지만 1957년에야 바딘, 쿠퍼, 슈리퍼, 이 3명의 과학자가 초전도 현상의 원리를 설명해냈다. 이런 까닭 때문에 과학자들은 상온핵융합에 대한 쉽사리 결론을 내리지 못하고 있다. 상온핵융합은 과학사에서 해프닝으로 끝날 것인가? 아니면 위대한 과학의 발견으로 밝혀질 것인가? 21세기에 지켜보아야할 과학의 난제이다.

박미용 | pmiyong@gmail.com 저작권자 2008.01.24 ⓒ ScienceTimes