(X) 환경용어

핵융합

가벼운 원소 사이의 핵반응에 의해서 무거운 원소가 형성되는 반응, 상호작용하는 핵이 원
자번호가 낮은 원소에 속하는 경우에는 상당한 양의 에너지가 방출된다. 1939년 물리학자인
한스 A.베테는 태양 및 그에 준하는 다른 별들의 에너지 방출은 4가지 수소 원자핵이 결합
해 하나의 핼륨 원자핵을 형성하는 발열(에너지를 방출하는) 핵융합의 결과라는 견해를 발
표했다.
1950년대 초 미국 연구자들은 수소의 동위원소인 중수소(D)와 삼중수소(T)의 혼합물 속에
서 핵융합 반응을 유발함으로써 수소폭탄을 만들었는데, 이 반응은 원자폭탄의 핵분열 반응
에서 생성된 대단히 높은 온도로 점화되었다. 최근에 과학자들은 제어된 핵융합의 활용 방
법을 고안하기 위해 노력하고 있는데, 이는 중수소와 삼중수소의 원자핵이 폭발하는 원자폭
탄의 제어 할 수 없는 열에 의해서가 아니라 제어된 고온하에서 결합해 헬륨 원자핵을 형성
하도록 하는 것이다. 제어된 핵융합은 전력생산을 위한 비교적 값싼 대체 에너지원을 제공
하며, 따라서 급속히 줄어드는 세계의 화석연료(석유, 천연가스, 석탄)를 보존하는 데 도움을
준다. 또한 핵융합은 또다른 종류의 에너지 생성 반응인 핵분열보다 편리하다. 핵분열은 동
위원소인 235U 같은 무거운 원자핵이 중성자를 흡수한 결과 불안정해져서 두 개의 가벼운
원자핵으로 쪼개질 때 일어난다. 핵융합의 주요 연료인 중수소는 보통의 물에서 추출할 수
있기 때문에 핵분열 반응에 필요한 어떤 물질보다도 훨씬 더 풍부하고 값이 싸다(30 ℓ의
물은 약 1g의 중수소를 함유하고 있는데, 이것은 약 9천 5백ℓ의 가솔린이 가진 에너지의
양과 같음). 그러나 많은 여러 가지 기술적 어려움이 있기 때문에 제어된 핵융합은 당분간
실현되지 못할 것이라고 보인다.
핵융합 반응은 두 개의 원자핵이 10-13cm 정도의 거리내로 가까이 접근할 때만 일어날 수
있다. 이 짧은 거리에서는 핵인력이 두 핵에 양전하가 존재하기 때문에서 생겨 나는 정전기
반발력을 극복하는 것이 가능하다. 반발력은 핵을 떨어져 있게 하는 데 매우 효과적이기 때
문에 제어된 핵융합에 유용한 원자핵은 대체로 가장 낮은 전하를 띤 중수소와 삼중수소에
한정된다. 제어된 발열 반응은 중수소-삼중수소 혼합물의 플라즈마(구속되지 않은 전자와
양으로 하전된 같은 수의 핵으로 이루어진 기체)를 수백만 켈빈으로 가열하여 일으킬 수 있
다. 이러한 고온은 열핵반응을 유발할 뿐만 아니라 지속시켜 전력생산에 충분한 에너지를
만들어 낼 수 있다. 그러나 뜨거운 기체는 팽창해 디딤 구조물로부터 빠져 나가기 때문에
핵융합 반응을 일으키기 위해 필요한 고온에서 플라즈마를 제어하기는 대단히 어렵다는 것
이 드러났다. 이 문제를 극복할 방법을 개발하기 위한 노력으로 미국과 소련을 비롯한 여러
나라에서 대규모 핵융합로 실험이 행해졌다.

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