태양중심에서는 4개의 수소의 원자핵이 융합하여 최종적으로 헬륨으로 변하는 핵융합반응(원자핵이 융합하는 반응)이 진행되고 있습니다. 이 때 약 0.7%의 질량이 소실되어 그 에너지가 빛(전자파)으로 방출되고 있습니다. 지금도 태양은 초당 약 42억 킬로그램씩 가벼워지고 있다고 합니다. 그렇지만 태양은 상상 이상으로 거대하기 때문에 50억 년 이상 핵융합반응을 계속할 수 있습니다.
그런데 이 반응(특히 최초의 수소끼리의 융합반응)은 매우 드물게 일어납니다. 개별 수소 원자핵의 관점에서 보면 수명이 10억 년으로, 즉 10억 년에 1회 정도밖에 반응하지 않는다고 합니다. 따라서 태양 중심의 에너지 발생밀도는 입방미터당 270와트밖에 안됩니다.(인간은 약 1,000와트)
이 점에서 작은 태양을 지상에 만들어도 에너지원이 되지 않는 것은 분명합니다. 이에 핵융합발전에서는 보통의 수소가 아닌 그 동위체인 중수소와 삼중수소의 핵융합반응을 사용합니다. 중수소 기호 D와 삼중수소 기호 T를 사용하여 DT반응이라고도 합니다. 이것이 가장 일어나기 쉬운 확률이 높은 반응이기 때문입니다. 다행히 지구상에는 초기 우주에서 만들어진 중수소가 남아있습니다. 바다에는 50조 톤의 중수소가 있습니다. 삼중수소는 자연계에 별로 존재하지 않지만 해수에 포함된 2,000억 톤의 리튬으로부터 생산할 수 있습니다. 지구상에는 기적적으로 핵융합발전에 사용할 수 있는 연료가 존재하고 있었던 것입니다. 만약 이것들이 지구상에 존재하지 않았다면 핵융합발전의 구상은 나오지 못했을 것이다.
DT반응에서는 중성자와 헬륨이 발생하는데, 중성자의 운동에너지를 열에너지로 변환하여 발전에 사용합니다. 헬륨의 운동에너지는 플라즈마의 온도를 유지하는 데 사용됩니다. 이 반응은 핵분열반응과 달리 중성자를 통한 연쇄반응이 아니라는 것을 알 수 있습니다. 따라서 멈추기가 쉽고 원리적으로 폭주하지 않습니다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 空の太陽と地上の太陽「核融合発電」の違い
https://marumaru-yamane-fusion.blogspot.com/2019/01/blog-post.html?m=1
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