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물리 책수행

by 최연서

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태양은 생명의 근원이다. 태양이 엄청난 에너지를 발산할 수 있는 것은 내부에서 핵융합 반응을 일으키기 때문이다. 핵융합 에너지는 미래의 청정 에너지원으로서 선진국들로부터 꾸준히 연구되고 있으며, 그 중에서도 한국형 인공태양 KSTAR는 첫 가동 이후 꾸준히 세계 신기록을 갱신해가며 그 우수성을 널리 입증해왔다.
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핵융합이란
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핵융합이란 질량수가 작은 원자핵이 융합하여 질량수가 큰 원자핵으로 되는 현상으로, 이 과정에서 질량결손에 해당하는 만큼 에너지가 방출된다. (E=mc²)
지구에서 구현하는 핵융합 반응은 중수소와 삼중수소의 반응으로, 중수소 원자핵과 삼중수소 원자핵이 충돌하여 헬륨 원자핵과 중성자가 생성된다.
이는 엄밀하게 따지자면 태양에서 일어나는 핵융합 과정과 조금의 차이가 있지만 같은 원리이다. 이 때문에 핵융합로를 '인공태양'이라 일컫는다.

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+핵분열이란
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인공태양 KSTAR
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*플라즈마 : 원자핵과 전자가 떨어져 자유롭게 움직일 수 있는 상태
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엄청난 중력을 가진 태양은 그 힘을
바탕으로 핵융합 반응이 저절로 일어나지만 태양보다 중력이 훨씬 작은 지구에서 이는 불가능한 일이다. 때문에 인공적인 핵융합을 위해서는 태양 중심 온도(1500만℃)보다 높은 온도의 플라즈마를 장시간 유지할 수 있어야 한다. 이에 필요한 것이 핵융합 장치 토카막으로, 도넛과 비슷하게 생긴 토카막은 자기장을 이용해 초고온의 플라즈마를 가두고 제어하는 장치이다.








그리고 2018년 12월, 국내 연구진이 사상 최초로 토카막 장치의 이온 온도 1억℃를 달성하였고, 이는 2008년 첫 플라즈마 구현에 성공한 이후 10년간 이어진 끈기의 결과였다.
KSTAR는 그 이후로 2019년 1억℃의 플라즈마를 8초간 유지하며 세계 신기록을 세웠고, 2020년에는 20초, 2021년에는 30초 유지에 성공하며 신기록을 스스로 갈아 치우고 있다.
이것이 가능한 이유는 우리나라가 우수한 초전도 자석 기술을 갖고 있기 때문이다. KSTAR에 설치된 초전도 자석은 지구 자기장보다 14만 배나 강한 자기장을 발생시킬 수 있는데, 이 자기장으로 초고온의 플라즈마를 가둬서 유지할 수 있는 것이다.

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