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고속점화 레이저 핵융합 발전플랜트의 레이저 개념 설계

전문가 제언: ○ 핵융합은 자기점화에 이르려면 일반적으로 높은 연료밀도와 온도를 필요로 한다. 토로이드자장을 이용하여 플라스마를 가두는 Tokamak이라고 부르는 자장가둠방식과 레이저 혹은 이온빔으로 연료를 압축하고 가열하는 관성가둠방식이 현재 핵융합연구의 주류를 이루고 있다.

○ 국제핵융합실험로(ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor)는 이 가운데 Tokamak방식을 채택한 것으로서, 유럽연합이 프랑스의 Cadarache에 이를 짓는 조건으로 50%+8%, 일본이 10%+8%, 그리고 우리나라를 비롯하여 미국, 러시아, 중국이 각각 10%를 지원하여, 핵융합반응에 의하여 플라스마 속에 발생하는 하전입자인 고속의 알파입자에 의한 가열만으로 핵융합연소가 지속되는 조건인 자기점화조건의 달성을 목표로 하고 있다.

○ 관성가둠방식은 높은 에너지의 레이저 혹은 하전입자빔으로 연료를 폭축하고 가열하는 방식으로, 여기에는 이러한 레이저나 하전입자빔을 균일하고 일양성 있게 주사하는 것이며, 냉각형 Yb:YAG 세라믹레이저는 그 냉각 시의 뛰어난 특성에 의해 냉각에 필요한 전력을 계산에 넣어도 레이저 핵융합발전소를 운전하는 것이 가능한 10% 이상의 효율을 지닌 레이저시스템을 개발할 수 있다는 것을 이 논문이 말하고 있다.

○ 일본은 현재까지의 실험결과를 바탕으로 레이저에 의한 폭축코어에의 가열효율을 이용하여, 폭축플라스마의 가열시뮬레이션을 실시하여, 실용로를 운전하는 것이 가능한 에너지이득 150이 달성될 수 있다는 것을 밝히고, 이에 필요한 레이저시스템의 기본설계를 하여, 이들 시스템을 갖추는 데에만 약 2,600억 엔 이상이 들 것으로 예상하고 있다.

○ 미국도 Los Alamos 국립연구소에서 2010년에 점화연소실험을 실시하는 것을 목표로 NIF(National Ignition Facility)를 짓고 있으며, 우리나라는 국제핵융합실험로에 공동으로 참여하는 한편, 대덕연구단지에 K-STAR라는 이름의 핵융합실험장치를 짓고 있지만, 관성가둠방식의 연구는 실시하지 않고 있으며, 이는 제한된 자원을 효과적으로 사용해야 하는 우리나라가 두 가지 모두를 지원할 수 없기 때문이다.

저자: MIYANAGA Noriaki, KAWANAKA Junji, KAWASHIMA Toshiyuki, et. al.
자료유형: 학술정보