아르곤 불화물 레이저 핵융합 연구에 대하여

NRL 과학자들은 미국 에너지부와 협력하여 연구 결과를 발표했습니다.아르곤 플루오라이드(ArF)지난 가을 왕립학회 철학회보에 레이저 핵융합 연구 논문이 발표되었습니다.

'직접 구동 아르곤 불화물 레이저를 이용한 서브-메가줄 레이저 에너지로 높은 핵융합 이득 달성'이라는 제목의 과학 논문에서는 아르곤 불화물(ArF)이 에너지 생산에 필요한 고이득 관성 핵융합 내폭을 달성하는 데 유망한 기술이라고 보고했습니다. 레이저 핵융합은 작은 캡슐을 내폭시켜 핵융합 반응을 시작하는 데 필요한 고밀도 및 고온(섭씨 1억도)을 달성하는 방식입니다.

핵융합 에너지는 이득이 레이저 구동에 필요한 에너지보다 훨씬 클 경우 전력원으로 사용될 수 있으며, NRL의 시뮬레이션에 따르면 ArF의 심자외선은 이전에 가능하다고 생각했던 것보다 훨씬 낮은 레이저 에너지에서 높은 이득을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다.오벤스체인은 "ArF 레이저는 더 작고 저렴한 핵융합 발전소의 개발 및 건설을 가능하게 한다"며, "이는 수천 년 동안 사용할 수 있는 충분한 연료를 보유한 매력적인 에너지원인 핵융합의 보급을 가속화할 것"이라고 말했다.

NRL의 결과는 특히 중요한데, 로렌스 리버모어 국립 연구소의 국립 점화 시설(NIF)이 8월 8일 레이저 핵융합 실험을 통해 원자로 내폭에 사용되는 레이저 빔과 거의 동일한 핵융합 에너지를 생성했다고 발표했기 때문입니다. NIF의 실험 결과는 1.3 메가줄의 핵융합 에너지를 생성했는데, 이는 고성능 폭약 1파운드에 해당하는 에너지로, 레이저 핵융합의 근본적인 과학적, 기술적 실현 가능성을 입증한 것입니다.

오벤스체인은 "NIF 결과는 인상적이며 미래 발전을 가속화할 레이저 기술에 주목해야 할 필요성을 강조합니다. nRL ArF 레이저 기술은 더 높은 핵융합 이득과 수율을 달성할 수 있는 길을 제시합니다."라고 말했습니다. "이러한 특성은 NNSA 핵무기 비축 관리 프로그램에 필요하며, 높은 이득은 핵융합 발전에도 필수적입니다."

나이키 레이저 렌즈 어레이는 핵융합 캡슐의 작은 부분을 나타내는 표적에 44개의 크립톤 불화물(KrF) 레이저 빔을 집중시킵니다. 밀리미터 크기의 표적은 중앙 렌즈에서 볼 수 있습니다. KrF 레이저는 아르곤 불화물(ArF) 레이저와 유사하지만 파장이 약간 더 깁니다(248nm). 나이키 실험은 핵융합 내폭에 필요한 고속까지 표적을 균일하게 가속하는 기본 물리학을 발전시키는 데 기여합니다. 출처: 해군 연구소

오벤스체인은 상업용 발전소용 핵융합에 필요한 성능과 에너지, 반복 주파수, 정밀도, 그리고 수십억 달러 규모의 신뢰성 확보를 위해서는 고에너지 ArF 레이저에 상당한 투자가 필요할 것이라고 지적합니다.

오벤스체인은 "지금까지 우리의 연구 결과에 따르면 ArF 직접 구동 관성 핵융합 에너지 시스템이 이러한 요구 사항을 충족하는 데 근본적인 장벽은 없는 것으로 나타났습니다."라고 말했습니다.

그는 "이러한 이점들은 1메가줄 미만의 레이저 에너지로 작동하는 소규모의 저렴한 핵융합 발전소 모듈 개발을 촉진할 수 있을 것"이라며, "이는 레이저 핵융합 에너지가 너무 비싸고 발전소 규모가 너무 크다는 기존의 인식을 혁신적으로 바꿀 것"이라고 말했다.

"NRL은 고에너지 아르곤 불화물 레이저 기술 개발 분야의 세계적인 선두 주자입니다."라고 NRL의 레이저 구동 표적 물리학 부서 책임자인 맥스 카라식 박사는 말했습니다. "또한, 우리는 레이저 핵융합의 물리적 기반을 발전시키기 위한 실험과 고이득 ArF 레이저 내폭에 대한 최적의 구성을 결정하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행합니다."

아르곤 펄스(ArF) 레이저의 핵융합 에너지 잠재력은 미국 에너지부 산하 첨단 연구 프로젝트국(ARPA-E)의 핵융합 에너지 실현을 위한 혁신 사업(BETHE)에서 지원받고 있습니다. 이 프로그램은 상업적으로 실현 가능한 핵융합 에너지원의 시기적절한 개발을 지원합니다.

플라즈마 물리학 부서의 레이저 플라즈마 분과는 이 연구를 주도하고 있으며, 고에너지 이득 내파에 필요한 성능을 달성하기 위해 아르곤 불화물 레이저를 발전시키는 3단계 계획을 개발했습니다.

1단계에서는 현재 NRL에서 진행 중인 ArF 관련 기초 과학 및 기술 연구를 완료할 것입니다. 2단계에서는 대규모 고에너지 ArF 레이저 빔라인을 구축하고 시험할 예정입니다. 3단계에서는 이러한 빔라인 20~30개를 모아 내폭 시설을 건설하고, 국방 및 에너지 분야에 필요한 높은 에너지 이득(>100)을 입증할 것입니다.