융착 점화

Fusion ignition

핵융합 점화는 핵융합 반응이 자생력을 갖게 되는 지점입니다.이는 반응에 의해 방출되는 에너지가 냉각되는 것보다 연료 질량을 더 빠르게 가열할 때 발생합니다.즉 핵융합의 자가 가열이 증가함에 따라 외부 가열의 필요성이 없어지는 것이 핵융합 점화이다.[1]이것은 로슨 기준에 의해 정량화됩니다.[2]점화는 융합 에너지 이득 인자에 의해서도 정의될 수 있습니다.[3]

실험실에서는 로슨 기준에 의해 정의된 융합 점화가 2021년 8월에 처음 달성되었으며,[4][5][6] 에너지 이득 요소에 의해 정의된 점화는 2022년 12월에 미국 국립 점화 시설에 의해 달성되었습니다.

조사.

레이저를 이용한 관성 구속 융합 단계 도식화파란색 화살표는 방사선을 나타내고, 주황색은 방출되고, 노란색은 내부로 열 에너지를 운반합니다.
  1. 레이저 빔 또는 레이저로 생성된 엑스레이는 융합 대상의 표면을 빠르게 가열하여 주위의 플라즈마 포락선을 형성합니다.
  2. 연료는 뜨거운 표면 물질의 로켓과 같은 분출에 의해 압축됩니다.
  3. 캡슐 내폭의 마지막 부분에서 연료심은 납 밀도의 20배에 이르고 100,000,000 ˚C에서 점화됩니다.
  4. 열핵 연소는 압축 연료를 통해 빠르게 확산되어 입력 에너지의 몇 배를 생산합니다.

점화는 공급되는 총 에너지와 연료를 가열하는 데 사용되는 에너지를 비교하는 유사한 개념인 브레이크벤(breakeven)과 혼동해서는 안 됩니다.핵심적인 차이점은 손익분기점이 주변에 대한 손실을 무시하고, 이는 연료를 가열하는 데 기여하지 않기 때문에 반응을 자생적으로 만들 수 없다는 것입니다.Breakeven은 융합 에너지 분야에서 중요한 목표이지만 실용적인 에너지 생산 설계를 위해서는 점화가 필요합니다.[7]

자연계에서 별들은 태양과 비슷한 온도, 약 1,500만 켈빈 (화씨 2,700만 도)에서 점화에 도달합니다.별들은 너무 커서 별 외부의 환경에 에너지를 잃기 전에 핵융합 생성물은 거의 항상 플라즈마와 상호작용할 것입니다.이에 비해, 인공 원자로는 밀도가 훨씬 낮고 훨씬 작아서 핵융합 생성물이 연료를 쉽게 빠져나올 수 있습니다.이를 상쇄하기 위해서는 훨씬 더 높은 핵융합 속도가 필요하며, 따라서 훨씬 더 높은 온도가 필요합니다. 대부분의 인공 핵융합로는 1억 켈빈 이상의 온도에서 작동하도록 설계되어 있습니다.[8]

Lawrence Livermore National Laboratory는 1.8 MJ 레이저 시스템을 최대 전력으로 가동하고 있습니다.이 레이저 시스템은 수소 동위 원소인 중수소와 삼중수소의 혼합물을 압축하고 가열하여 동위 원소를 원래 크기의 일부로 압축하여 헬륨 원자로 융합하도록 설계되었습니다.[9]

2012년 1월, 국립 점화 시설 책임자인 마이크 던은 포토닉스 웨스트 2012 본 회의에서 2012년 10월까지 NIF에서 점화가 이루어질 것이라고 예측했습니다.[10]

2022년까지 NIF는 고에너지 레이저를 사용하여 핵 연료가 포함된 펠릿의 외부를 균질하게 압축하여 연료를 점화하는 관성 구속 융합 기술을 사용하여 점화를 달성했습니다.이전에 점화는 관성 구속 핵융합의 또 다른 형태인 열핵무기 폭발의 핵심에서만 이루어졌는데, 이 핵융합은 레이저 대신 재래식 핵분열(U-235 또는 Pu-239/241) "스파크플러그"를 사용하여 공정을 점화시킵니다.[citation needed]

토카막 원자로 설계를 기반으로, ITER는 주로 내부 융합 가열을 통해 핵융합을 유지하고 플라즈마에서 10배의 전력을 생산하도록 설계되었습니다.[11]공사는 2025년에 완공될 예정입니다.[citation needed]

KSTAR 토카막 센터는 원자로를 개발하는 데 중요한 이정표를 세웠습니다.한국의 프로젝트는 ITER와 매우 관련이 있습니다.2022년 9월 KSTAR 토카막은 작전상 피해를 입지 않고 30초 동안 1억도의 온도를 유지했습니다.[12][13]

전문가들은 핵융합 점화를 달성하는 것이 핵융합 전력을 이용한 전기 생산의 첫 단계라고 생각합니다.[14]

2021년 및 2022년 점화 보고서

2021년[15] 캘리포니아주 로렌스 리버모어 국립 연구소의 국립 점화 시설은 2021년 8월 8일 ICF 프로그램 역사상 처음으로 실험실에서 점화를 시작했다고 보고했습니다.[16][17]이 총은 1.3 메가 줄의 핵융합 에너지를 생산했는데, 이는 2021년 봄에 수행된 테스트보다 8배 향상된 것입니다.[15]NIF는 레이저가 1.9 메가 줄의 에너지를 공급했으며 그 중 230 킬로 줄이 연료 캡슐에 도달했다고 추정했습니다.이는 총 과학적 에너지 이득 0.7과 캡슐 에너지 이득 6에 해당합니다.[15]이 실험은 미국 국립 과학 아카데미에서 정의한 총 에너지 증가량(총 에너지 증가량이 1 이상)에 미치지 못했지만, 현장에서 일하는 대부분의 사람들은 이 실험을 로슨 기준에 의해 정의된 점화 시연으로 보았습니다.[15]

2022년 8월, 실험 결과는 동료 검토 논문 3편, 즉 물리 검토 편지 1편과 물리 검토 E 2편에서 확인되었습니다.[18]2022년 내내, NIF 연구원들은 8월 결과를 복제하려고 시도했지만 실패했습니다.[19]그러나 2022년 12월 13일, 미국 에너지부는 트위터를 통해 12월 5일의 실험이 8월 결과를 뛰어넘어 미국 국립 과학 아카데미의 발화 정의를 [20][21]능가하는 1.5의 과학적 증가를 달성했다고 발표했습니다.[3]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Chandler, David L. (10 May 2010). "New project aims for fusion ignition". MIT News. MIT. Retrieved 24 February 2012.
  2. ^ Lawson, J. D. (December 1955). "Some Criteria for a Power Producing Thermonuclear Reactor". Proceedings of the Physical Society, Section B. 70 (1): 6–10. Bibcode:1957PPSB...70....6L. doi:10.1088/0370-1301/70/1/303.
  3. ^ a b Bishop, Breanna (6 February 2023). "Ignition gives U.S. 'unique opportunity' to lead world's IFE research". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 26 July 2023. This feat established a scientific energy gain of 1.5, over the gain of 1 used by the National Academy of Sciences to define ignition
  4. ^ Abu-Shawareb, H.; Acree, R.; Adams, P. (8 August 2022). "Lawson Criterion for Ignition Exceeded in an Inertial Fusion Experiment". Phys. Rev. Lett. 129: 075001. doi:10.1103/PhysRevLett.129.075001. Retrieved 26 July 2023.
  5. ^ Clery, Daniel (13 December 2022). "With historic explosion, a long sought fusion breakthrough". Science. doi:10.1126/science.adg2803. Retrieved 13 December 2022.
  6. ^ David Kramer (13 December 2022), "National Ignition Facility surpasses long-awaited fusion milestone", Physics Today, American Institute of Physics, 2022 (2): 1213a, doi:10.1063/PT.6.2.20221213a, S2CID 254663644, The shot at Lawrence Livermore National Laboratory on 5 December is the first-ever controlled fusion reaction to produce an energy gain.
  7. ^ "The National Ignition Facility: Ushering in a New Age for Science". Lawrence Livermore National Laboratory. Archived from the original on 2 May 2012. Retrieved 26 February 2012.
  8. ^ Narang, Gaurvi (11 September 2022). "Nuclear fusion reactor reaches 100 Million C for 30 secs. Here's what it means for the future". ThePrint. Retrieved 28 December 2022.
  9. ^ National Research Council (U.S.). Plasma Committee (20 December 2007). Plasma Science: Advancing Knowledge in the National Interest. The National Academic Press. p. 24. ISBN 978-0-309-16436-8.
  10. ^ Hatcher, Mike (26 January 2012). "PW 2012: fusion laser on track for 2012 burn". Optics.org. San Francisco. Retrieved 11 January 2019.
  11. ^ "What is ITER?".
  12. ^ Sparkes, Matthew. "Korean nuclear fusion reactor achieves 100 million°C for 30 seconds". New Scientist. Retrieved 14 December 2022.
  13. ^ Delbert, Caroline (13 September 2022). "Korea's Fusion Reactor Sustained Temperatures 7 Times Hotter Than the Sun for 30 Seconds". Popular Mechanics. Hearst Magazine Media, Inc. Retrieved 14 December 2022.
  14. ^ National Research Council (U.S.). Plasma Committee (20 December 2007). Plasma Science: Advancing Knowledge in the National Interest. The National Academic Press. ISBN 978-0-309-16436-8.
  15. ^ a b c d Wright, Katherine (30 November 2021). "Ignition First in a Fusion Reaction". Physics. 14: 168. Bibcode:2021PhyOJ..14..168W. doi:10.1103/Physics.14.168. S2CID 244829710.
  16. ^ Dunning, Hayley (17 August 2021). "Major nuclear fusion milestone reached as 'ignition' triggered in a lab". Phys.org.
  17. ^ Bishop, Breanna (18 August 2021). "National Ignition Facility experiment puts researchers at threshold of fusion ignition". Lawrence Livermore National Laboratory.
  18. ^ Padilla, Michael (8 August 2022). "Three peer-reviewed papers highlight scientific results of National Ignition Facility record yield shot". Lawrence Livermore National Laboratory.
  19. ^ Kramer, David (3 December 2021). "Lawrence Livermore's latest attempts at ignition fall short". Physics Today. 2021 (2): 1203a. doi:10.1063/PT.6.2.20211203a. S2CID 244935714.
  20. ^ Davis, Nicola (12 December 2022). "Breakthrough in nuclear fusion could mean 'near-limitless energy'". The Guardian. Retrieved 13 December 2022.
  21. ^ @energy (13 December 2022). "BREAKING NEWS: This is an announcement that has been decades in the making" (Tweet). Retrieved 14 December 2022 – via Twitter.

외부 링크