융자는 옹호자들에 의해 안전하다고 널리 찬사를받습니다 (그러나 그 의견은 정당합니까?).
필자의 의견으로는 안전성을 검토하면서 신 재생 에너지 시스템과의 융합을 비교하는 토론을 시작하고 싶습니다. 에너지 대안을 비교할 때 항상 안전이 최우선 과제입니다.
몇 가지 이유에서 퓨전이 안전해야하는 이유는 다음과 같습니다.-한 번에 적은 양의 퓨전 연료 만 퓨전 리액터 안에 있습니다. 연료 혼합물 (중수소-삼중 수소 또는 중수소-중수소)을 사용하여 연료를 지속적으로 급유하여 융합 발전소의 연속 작동이 유지되므로 플라즈마 챔버의 연료 재고량은 그램 수량 이하이며 약 1 분 동안 만 충분합니다. 조작. ITER 토카막에는 연료 연료가 그램 만 들어 있습니다. NIF 레이저 융합 캡슐에는 약 0.17 밀리그램의 중수소-트리튬 연료 만 포함되어 있습니다 (기본 전제 – 연료가 원자로 내부에 없으면 이론적으로 원자로 내부에서 폭발하거나 사고의 요인이 될 수 없습니다)
온실 가스가 발생하지 않습니다
원자로 붕괴 또는 붕괴 열화가 없음 (Chernboyl, Three Mile Island, 후쿠시마 사건은 일어날 수 없음)
연료 채굴 금지 (연료는 물에서 추출 됨)
지구상에서 수십억 년 동안 사용할 수있는 연료 (화석 연료의 경우 수백 대)
핵분열 력의 방사성 폐기물의 1/1000 거의 모든 물질이 활기찬 중성자 충격에 의해 어느 정도 활성화됩니다. DT 융합 반응기에서의 중성자 반응은 필연적으로 방사성 동위 원소를 생성 할 것이다. DT 또는 DD 융합 반응기에 존재하는 주요 방사성 물질은 따라서 융합 챔버에서의 반응 부피를 둘러싸는 삼중 수소 및 중성자 활성화 구조 물질 일 것이다.
방사성 폐기물, 주로 중성자 핵분열 챔버 구조 재료는 핵분열로에서 생산 된 사용 후 핵연료에 대한 마이너 악티늄 족의 수십만 년에 비해 ~ 20 년 동안 방사성으로 남아있다. 그러나 DT 융합 반응기는 적당히 방사성 인 수소의 핵 동위 원소 인 상당량의 트리튬을 태우고 저장해야 할 것이다. 삼중 수소 가스는 고정하기 어렵고 원자로 탱크에서 약간의 누출이 발생하여 배관시 환경에 대한 삼중 수소 손실이 발생할 수 있습니다. 약한 베타 방사선을 방출하는 동안 삼중 수소가 붕괴되며 대부분의 상황에서 인간에게는 심각하게 위험하지 않습니다. 중수소-중수소 (DD) 융합 공정으로서 연료로서 삼중 수소를 분배하고 삼중 수소 저장에 대한 요구 사항. 그러나 DD 융합은 DD 융합 반응의 일부로 삼중 수소를 생성합니다.
에너지를위한 연료는 더 이상 지정 학적 문제가되지 않을 것입니다 (인류에 대한 막대한 이익)
폐기물로 인한 핵무기 없음 (다시 말해 인류에게 큰 혜택)
융합 및 재생 에너지 혁신에 성공하려면-
당신은 큰 그림을 권리를 얻어야합니다
DD Fusion의 궁극적 인 잠재력은 매우 크며 핵분열 및 재생 가능 에너지 시스템을 포함한 다른 모든 형태의 에너지 생산의 잠재력을 능가합니다.
지구보다 오래 퓨전 에너지가 존재하거나 태양이 타오를 것입니다
중수소 핵연료의 완전한 전환은 중수소 톤당 250 x 10 ^ 15 주울의 에너지 함량을 방출한다. 세계 해양 중수소의 양은 4.6 x 10 ^ 13 미터 톤으로 추정됩니다. 해수에 존재하는 중수소는 약 5 x 10 ^ 11 TW 년의 에너지를 생산할 것입니다. 2016 년에 전 지구는 약 17 TW의 에너지를 소비했습니다. 이는 해수 중수소의 에너지 함량이 295 억 년의 에너지 공급에 충분하다는 것을 의미합니다.
2050 년 지구상에서 살 것으로 예상되는 100 억 명의 사람들에게 선진국에서 우리가 사용했던 에너지 번영의 수준을 제공하기 위해, 유럽에서 일반적으로 한 사람당 6 킬로와트의 연속적인 평균 전력 사용을 위해서는 행성으로서 60 테라 와트 – 하루에 9 억 배럴의 석유에 해당.
지구가 처음 형성된 이후의 시간은 45 억 4 천만 년입니다.
태양이 타 버릴 때까지의 시간 = 50 억 년.
바다의 중수소는 83 억 3 천만 년 동안 60 테라 와트의 수준으로 지구에 완전히 전력을 공급할 수 있습니다
(지구가 존재했거나 태양이 타는 것보다 더 깁니다).
해수에서 분리 된 순수한 중수소의 DD 융합은 ICF 융합을위한 실용적인 융합 반응 및 실용적인 연료입니다.
융합 과학자들은 융합에 대한 단기 전망에 대해 이야기 할 때, DD (DT가 아닌) 핵융합의 엑 사와 트 이상의 핵융합 에너지 (1952 년의 아이비-마이크 실험 테스트 샷)가 인류 최초의 성공적인 지상 방출에 대해 언급하지 않는 경우가 많다. . 바닷물에서 분리 된 값 싸고 유비쿼터스 중수소를 사용하는 것은 최초의 핵융합 반응이었습니다. 또한 Ivy-Mike DD 융합은 처음 시도했을 때 효과가 있었고 결코 작동하지 않았다는 점을 지적해야합니다.
60 년이 넘는 세월 동안 제작 된 수백 개의 자기 구속 퓨전 장치는 밀리 초 동안조차도조차도 융합 에너지 또는 에너지 이득과의 융합을 생성 한 적이 없습니다. 해수에서 저렴하고 일반적인 중수소의 ICF 융합은 처음 시도되었을 때 (Ivy-Mike 1952) 작동 한 후 NTS와 태평양 테스트 범위 (Marshall Islands)에서 실시 된 수백 개의 지하 핵 실험에서 결코 실패하지 않았습니다.
대형 토카막 자기 융합 설계자들은 종종 토카막과 현재 우리가 만들 수있는 별 모양 장치를 사용하여 DD 융합으로 필요한 융합 반응 속도와 손익분기 에너지를 달성 할 수 없기 때문에 중수소-중수소 (DD) 융합 반응을 할인하는 경향이 있습니다. . 그러나 관성 구속 퓨전 (Inertial Confinement Fusion)에서는 MCF 토카막 또는 스텔 레이터에 사용되는 일반적인 이온 플라즈마 밀도보다 문자 그대로 10 ^ 11 배 더 밀도가 높은 융합 플라즈마를 사용하는 상황이 다릅니다.
융합 조건에서 플라즈마로부터 인출 될 수있는 전력은 플라즈마 이온 밀도의 제 2 전력에 비례한다. 플라즈마 이온 밀도의 작은 개선조차도 융합 실험의 성능을 상당히 개선시킬 것이다.
현재 및 계획된 융합 실험에서 놀랍도록 넓은 범위의 플라즈마 밀도가 있습니다.
말 그대로 MCF와 ICF 융합 실험간에 혈장 이온 밀도에 10 ^ 10 ~ 10 ^ 11의 차이가 있습니다. 이러한 큰 차이는 플라즈마 밀도가 높을수록 상업적 융합 기술에 영향을 미치며, 융합 연소로 실현 될 수있는 더 많은 전력과 에너지 획득으로 융합 에너지를 달성하면서 물리적 융합 반응기가 더 작을 수있다.
DD 반응은 일반적으로 자기 구속 토카막에서 달성 될 수있는 것보다 더 높은 온도에서 발생하며, 일반적으로 DT 융합과 비교하여 더 낮은 핵융합 단면을 가지므로 지구상에서 핵융합 반응 속도가 낮아진다.
DD 융합은 더 복잡하고 다중 융합 부반응으로 진행되지만, 모든 측쇄가 완결 될 때 DD 융합은 실제로 반응물의 시작 질량 당 DT 융합보다 더 많은 에너지를 생성한다. DD 융합은 T와 He3를 생성하는데, 이는 D와의 2 차 반응 화상에서 발생합니다. 이것은 1952 년 15 메가톤 아이비 마이크 핵분열이 중수소 실험을 유발 한 것과 같은 초기 열핵 실험에서 실제로 입증되었습니다.
DD 융합은 일반적으로 삼중 수소를 생성합니다
중수소 연료의 DD Fusion은 4 가지 반응을 통해 에너지를 생성합니다.
D + D-> He-3 + n + 3.268 MeV
D + D-> T + p + 4.03 MeV
(사이드 체인)
D + T-> He-4 + n + 17.588 MeV
He-3 + D-> He-4 + p + 18.34 MeV
이 네 가지 융합 반응의 총 효과는 다음과 같습니다.
6 D-> 2 He-4 + 2p + 2n + 43.243 MeV
융합 및 중성자-
DT 및 DD 융합은 고속 중성자의 형태로 많은 양의 융합 에너지를 방출합니다.
빠른 중성자를 차폐하는 작업에는
• 고속 중성자 (E> 1 MeV)는 먼저 높은 온도로 열화해야합니다.
중성자 산란 물질 (일반적으로 수소와 같은 광 원자의 비율이 높은 물질)
•이 열 중성자는 중성자 흡수를 위해 높은 단면적을 갖는 물질로 흡수 또는 차폐 될 수 있습니다.
열화 된 중성자의 흡수는 관통 감마를 흡수하기 위해 많은 고 -z 재료 (납, 콘크리트, 물)를 필요로하는 감마 방사선과 달리 폴리에틸렌 플라스틱과 같은 비교적 가벼운 재료에 의해 수행 될 수 있습니다. LLNL의 Dr. Ralph Moir는 몇 가지 용융 염 융합 반응기 개념 (HyLife II 및 PACER Revisited)을 개척했습니다. 슬러리로서 붕소 탄화물의 50 미크론 입자와 같은 중성자 흡수제로 로딩 된 용융 염의 두꺼운 액체 낙하 벽은 빠른 중성자를 손상시킬 수있다. 용융 염의 이러한 두꺼운 낙하 벽은 효과적으로 융합 챔버 구조를 보호하고 융합 반응기 물질의 중성자 활성화를 크게 방지 할 수있다. 이는 용융 염 ICF 융합 반응기가 30 년 이상의 상업적 수명을 가질 수있게하며 원자로 수명이 다하면 중성자 활성화 폐기물이 거의 또는 전혀 발생하지 않게한다.
에너지 밀도
충분한 전력 밀도를 달성하면서 동시에 에너지 획득과의 융합 문제는 가까운 미래의 주요 주제로, 에너지 기술이 지역 사회가 안전하고 신뢰할 수있는 전력을 생산하기 위해 건설하고자하는 경쟁 발전소를 생산하는 데 가장 적합한 에너지 기술을 선택하는 데있어 가장 중요한 주제입니다.
에너지 밀도의 관점에서 융합 및 "재생 가능한"에너지 시스템의 비교
입방 미터 당 소스 줄
태양 복사 = 0.0000015
지열 = 0.05
10mph에서 바람 = 7
조수 = 0.5-50
D2O (중수) 형태의 중수소 = 6.88 x 10 ^ 10 MJ / 입방 미터
참고 : 약 20 질량 %의 중수 또는 D2O가 중수소 임 중수소는 표준 온도 및 압력에서 가스이지만 중수 D2O는 쉽고 안전하게 액체로 저장됩니다. DD 융합은 재생 가능한 에너지 시스템보다 에너지 밀도가 백만 배 이상 높습니다.
실질적인 융합은 항상 50 년 전 (50 년 전이 아님) 일 것입니다
인류는 DD 융합을 통해 순수한 중수소에서 핵융합 에너지를 생산하는 Ivy-Mike 핵 실험을 통해 50 년 전에 핵융합에서 에너지를 생성하는 실용적인 방법을 소유하게되었습니다. 실제 융합은 항상 50 년 전 (50 년 전이 아닌) 일 것입니다. 오늘날, 해수에서 분리 된 중수소의 순수한 DD 융합으로부터 청정 에너지 (발파 효과가 아님)를 만들기 위해 설계된 더 작은 순수한 융합 장치가 있습니다. 이러한 설계 중 하나를 미니 마이크라고하며 250GJ의 작은 제어 가능 에너지 생산량을 생성합니다.
참고 : 해수에서 분리 된 중수소는 완전히 비 방사성이며이 연료의 융합은 완전히 비 방사성 핵 폐기물 만 생성합니다
관성 구속 융합은 이미 에너지 이득을 가진 융합 점화 및 융합을 생산하고 작동하는 것으로 입증되었습니다
LANL과 LLNL은 모두 냉전 시대의 마지막 몇 년 동안 완전한 ICF 융합 점화를 생성하는 데 성공했습니다. ICF 융합은 실험적으로 입증되고 작동하는 것으로 입증되었으며, 이는 ICF 융합을 다른 형태의 융합과는 다른 범주로 만듭니다.
액체 (또는 고체) 중수소-트리튬 (DT)에서 관성으로 한정된 열핵 융합 반응을 발화 시키는데 필요한 에너지는 크지 않다; 약 1.25 컵의 자동차 가솔린에 저장된 약 10MJ 이하 또는 거의 동일한 양의 화학 에너지이다. 문제는이 에너지를 공간 (2mm 미만의 영역으로 초점을 맞춘)과 시간 (3 나노초 미만)으로 압축해야한다는 것입니다.
핵분열을 사용하여 핵융합 조건을 생성하지 않는 순수한 관성 구속 융합은 오늘날 운전자 제한적입니다.
DT 융합 점화를 생성하기에 충분히 큰 레이저 (또는 이온 입자 가속기)를 구축하는 것은 여전히 실험적으로 불가능합니다. 그럼에도 불구하고 1980 년대 후반과 1990 년대 초 의회를 포함한 많은 사람들은 관성 감금 융합이 궁극적으로 작동하고 실제로 핵융합에서 순 에너지를 생산할 수 있는지 알고 싶어했습니다. 이 질문에 답하기 위해 지난 몇 년 동안 지하 핵 실험에서 LANL과 LLNL은 Halite-Centurion이라는 일련의 테스트 샷을 설계했습니다. Halite-Centurion 시리즈 샷은 이미 예약 된 샷에 피기 백 된 퓨전 관련 추가 샷이었습니다. 이 샷은 실험 장치의 기본에서 생성 된 X-ray의 작은 부분을 시선을 통해 지하 실험 테스트 용기에서 멀리 떨어진 원격 융합 실험까지 활용하도록 설계되었습니다.
네바다 사막에서의 Halite-Centurion 핵융합 실험은 DT 연료의 작은 서브 그램 시료 (작은 채워진 구체에서)의 완전 융합 점화를 일관되고 안정적으로 반복적으로 발생시켰다. 이 실험은 한 번 분류되었지만 DOE는 선임 과학자 인 John Lindl 박사가 핵융합 관련 프로젝트 정보의 약 절반을 분류 해제하고 공개 할 수있었습니다. Halite-Centurion 실험은 NIF 시설의 설계를위한 기본 문서에 언급되어 있습니다. John Lindl의 91 쪽의 논문은“관성 구속에 대한 간접 구동 접근법 개발 및 점화 및 이득에 대한 목표 물리학 기반”이라는 제목의 출판 1995 년 AIP / Physics of plasmas에서 LLNL 관리자들은 1990 년대 중반 NIF 프로그램을 의회에 팔기 위해 Halite-Centurion의 성공을 거두었습니다.
실제 ICF 융합 발전소의 건설을 지원하기 위해 현재 ICF 융합 실험에서 부족한 것은 에너지 이득과 함께 완전 융합 점화를 허용하기 위해 Halite-Centurion 시험에서 LANL 및 LLNL에 의해 채택 된 드라이버에 충분히 가까운 특성을 갖는 융합 드라이버이다. 3nm 미만의 시간에서 2mm 미만의 초점 영역에 10MJ 이상을 전달할 수있는 드라이버. 현재 NIF 드라이버 레이저 드라이버는 약 2MJ의 총 에너지를 전달할 수 있으며 융합 점화의 "알파 가열"단계 (융합 점화 직전의 단계) 만 달성 할 수 있습니다. LLNL 기반 NIF 레이저의 엔지니어링 설계를 기반으로 한 LASNEX 및 HYDRA 컴퓨터 시뮬레이션은 점화를 생성하는 데 필요한 융합 드라이버 특성을 예측하는 데 지나치게 낙관적이었습니다.
출처 문서 (가능한 경우 링크 포함)-Halite-Centurion 현장 테스트시 공개 된 NY Times 기사-핵융합에서의 비밀 발전은 과학자들 사이에서 분쟁을 촉발합니다
http://www.nytimes.com/1988/03/21/us /secret-advance-in-nuclear-fusion-spurs-a-dispute-among-scientists.html?pagewanted=all
다음은 John Lindl이 DOE에 의해 Halite-Centurion ICF와 관련하여 공개적으로 발표 한 내용을 담고 있습니다. "관성 구속 융합에 대한 간접 구동 방식 개발 및 점화 및 이득을위한 목표 물리학 기반". 존 린들 페이지 : 3937. 플라즈마의 AIP 물리학. 1995 년 6 월 14 일, 미국 물리 연구소.
