토카막은 자기 감금과 융합에 사용되는 장치입니다. 이러한 반응에서 강력한 자기장은 원자로 노심의 뜨거운 핵융합 연료 플라즈마를 제어하고 억제하는 데 사용됩니다. 플라즈마는 중성 빔 주입 또는 무선 주파수 가열에 의해 고온으로 가열됩니다. 주요 목표는 융합 반응이 지속적으로 발생할 수 있는 안정적인 플라즈마 상태를 유지하여 무한한 에너지원을 제공하는 것입니다.
Oakridge National Laboratory(ORNL), Princeton Plasma Physics Laboratory(PPPL) 및 Tokamak Energy Ltd 과학자들의 최근 연구는 핵융합 에너지 연구의 주요 돌파구를 제시합니다. 연구팀은 핵융합 발전소가 상용 에너지를 생산하는 데 필요한 섭씨 100억도에 가까운 온도에 도달했습니다.
또한 그들은 이전에 아무도 시도하지 않은 소형 토카막에서 고온을 달성했습니다!
이 연구에서 과학자들은 ST40이라고 하는 고자기장 구형 토카막(ST)의 작동 조건을 개선하는 데 중점을 두었습니다. 다른 열핵 장치와 비교하여 ST40 장치는 작은 크기와 구형 플라즈마가 특징입니다.
팀은 1990년대 TFTR 토카막에서 사용된 것과 유사한 접근 방식을 사용하여 천만 와트 이상의 핵융합 전력을 생성했습니다. ST10은 강도가 40테슬라를 약간 넘는 토로이달(도넛 모양) 자기장에서 작동했습니다.
플라즈마를 가열하기 위해 팀은 1,8만 와트의 고에너지 중성 입자를 사용했습니다. 플라즈마 방전, 즉 열핵반응이 활발하게 일어나는 기간은 0,15초에 불과했지만, 핵 속 이온의 온도는 섭씨 100억도 이상에 달했다.
이온 온도를 측정하기 위해 팀은 PPPL에서 개발된 TRANSP 전송 코드를 사용했습니다. 이 코드는 핵융합로에서 사용되는 주요 연료인 불순물과 중수소의 측정된 온도 프로파일을 고려하기 때문에 유용합니다.
그들은 불순물의 온도 범위가 8,6keV(섭씨 약 100억도)를 초과하는 반면 중수소의 온도 범위는 이 값에 가깝다는 것을 발견했습니다. 이 결과는 실험에 사용된 가열 방법이 원하는 고온을 달성하는 데 효과적임을 시사합니다.
결과는 높은 자기장을 가진 소형 구형 토카막을 기반으로 한 열핵 발전소의 향후 개발에 대해 낙관적입니다. 이러한 발전은 융합 에너지 분야에서 보다 효율적이고 경제적으로 실행 가능한 솔루션으로 이어져 지속 가능하고 청정한 에너지 생산을 위한 유망한 경로를 제공할 수 있습니다.
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