미국과 일본의 물리학자들은 처음으로 자기적으로 제한된 플라즈마에서 양성자와 붕소-11 원자 사이의 핵융합을 관찰했습니다. 결과라고 하던데 풍부하고 경제적인 에너지원으로서 양성자-붕소 융합의 잠재력을 보여줍니다. 그러나 다른 사람들은 그러한 에너지원에 대한 과학적 근거가 대체로 입증되지 않았으며 상업적 발전소를 가로막는 엄청난 기술적 장애물이 있다고 경고합니다.
모든 형태의 핵융합은 핵분열을 괴롭히는 멜트다운 및 수명이 긴 폐기물의 문제 없이 거의 무한하고 깨끗한 기본 부하 에너지를 약속합니다. 그러나 양성자-붕소(p11B) 핵융합은 수소 동위원소인 중수소 및 삼중수소와 관련된 주류 반응과 비교하여 몇 가지 추가적인 이점을 제공합니다.
붕소는 쉽게 채굴할 수 있는 반면 삼중수소는 지구상에서 드물고 인공적으로 생산하기 어렵습니다. 양성자-붕소 반응은 또한 XNUMX개의 헬륨 원자(알파 입자)를 생성합니다. 이 원자의 에너지는 원칙적으로 전기로 직접 변환될 수 있지만 중성자는 생성하지 않으므로 원자로 구성 요소의 방사능 오염을 크게 줄입니다.
그러나 이러한 플러스 포인트에는 대가가 따릅니다. 중수소-삼중수소 핵융합 자체는 핵의 상호 반발력을 극복하기 위해 엄청난 온도(약 100억 켈빈)를 필요로 합니다. 그러나 양성자-붕소 반응에는 여전히 훨씬 더 극단적인 조건인 약 1.5억 켈빈이 필요합니다.
최신 연구의 저자로서 에 발표된 논문에서 설명 자연 통신, 플라즈마의 온도가 높을수록 일반적으로 싱크로트론 및 제동복사선의 형태로 더 많은 에너지가 방출됩니다. 이것은 핵융합 반응을 통해 원자로에 동력을 공급하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생성하는 것을 더 어렵게 만든다고 지적합니다. 상업용 플랜트가 발전의 비효율성을 극복하기 위해 최소 50의 에너지 이득이 필요할 때 주요 문제입니다. 프로세스.
새로운 작업은 캘리포니아 퓨전 회사의 Richard Magee와 동료들에 의해 수행되었습니다. TAE 기술 과학자들과 함께 국립융합과학원 일본 도키에서. 연구원들은 연구소의 LHD(Large Helical Device)에 대한 실험을 수행했는데, 이는 필요한 핵융합 연료가 이미 설치된 스텔라레이터입니다. 양성자는 고에너지 중성 빔으로 발사되고 붕소 분말은 플라즈마에 주입되어 불순물을 줄이는 데 도움이 됩니다.
TAE는 알파 입자에 부딪쳤을 때 전류를 생성하는 부분적으로 고갈된 실리콘 반도체에 의존하는 검출기를 제공했습니다. 코어 플라즈마에서 멀어지고 LHD의 큰 자기장에 의해 대전된 알파 입자를 조종함으로써 X선 및 기타 플라즈마 방사선의 신호가 잘못 등록되는 것을 방지하도록 만들어졌습니다.
연구진은 지난해 10월 수십 건의 실험 촬영을 했다. 그들은 중성 빔을 켜기 전과 후의 검출기 신호를 비교하고 붕소 분말 없이 일부 샷을 수행하여 핵융합 반응을 관찰했습니다. 중립 빔과 붕소 가루가 모두 있을 때만 출력이 급증했습니다. 정확한 값은 약 XNUMX개를 생산하고 있음을 나타냅니다.12 컴퓨터 시뮬레이션과 일치하는 초당 핵융합 반응.
앞으로의 과제
이것은 양성자-붕소 융합의 첫 번째 시연이 아닙니다. 과학자들은 이전에 입자 가속기와 강력한 레이저를 사용하여 이를 관찰했습니다. 그러나 미국과 일본의 협력은 궁극적으로 이용될 반응을 연구하는 것이 중요하다고 주장합니다. 즉, 자기적으로 제한된 열핵 플라즈마 내부입니다. 연구원들은 훨씬 더 많은 작업이 필요하다는 것을 인정하지만 TAE가 장치 중 하나에서 에너지 이득을 달성할 것이라고 확신합니다.
실제로 TAE는 상용 핵융합 에너지로 가는 길에 잘 있다고 주장합니다. 이 회사는 플라즈마 펄스를 챔버로 발사하고 플라즈마 펄스를 회전시켜 제자리에 고정시키는 필드 반전 구성 융합을 탐구하기 위해 점점 더 정교한 일련의 원자로를 구축했습니다. 지금까지 어떤 장치도 수소 플라즈마를 사용하는 현재의 "Norman" 원자로인 양성자-붕소 융합을 시연하지 않았지만 회사는 2030년대 초까지 파일럿 양성자-붕소 발전소에서 그리드로 전기를 보낼 계획이라고 말했습니다.
National Ignition Facility의 점화 이정표는 레이저 융합에 대한 새로운 추진을 촉발시킵니다.
피터 노리스영국 옥스퍼드 대학의 플라스마 물리학자인 은 연구원들이 실험에서 "훌륭한 작업"을 수행했다고 말했습니다. 그러나 그는 양성자-붕소 융합이 여전히 중수소-삼중수소 반응에 필적하는 것과는 거리가 멀다고 주장합니다. 잠재적인 합병증 중 하나는 그러한 고온에서 플라즈마 역학의 상대론적 설명이 필요하다는 것입니다. 그는 또한 제동복사선이 원자로의 내부 표면을 침식하여 플라즈마 제한을 손상시킬 수 있다고 생각합니다.
독일 Garching에 있는 EUROfusion 컨소시엄의 과학자들도 보호를 받고 있습니다. Tony Donné, Hartmut Zohm 및 Volker Naulin이 말했습니다. 물리 세계 최신 실험에서 관찰된 반응 속도는 너무 작아서 핵융합 에너지에 유용하지 않습니다(양성자-붕소의 낮은 전력 밀도를 고려).
그들은 상용 발전에 필요한 이득을 달성하는 것이 가능할 것이라는 "강력한 의심"을 가지고 있으며, 제동복사선이 실제로 너무 강해서 플라즈마를 가열하고 제어하는 데 필요한 전력을 초과할 수 있다는 점에 주의를 기울입니다. 무너지다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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