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2012년 8월 9일 목요일

Z 머신





 마치 무슨 라이트닝 마법을 시전하는 것 같은 아래 사진은 미국 산디아 국립 연구소 (Sandia National Laboratories) 의 Z 머신 (Z machine) 이 만든 거대한 전자기파 (electromagnetic pulse) 의 사진입니다. Z 머신은 지구상에서 가장 큰 X 선 발생기이며 극단적인 온도와 압력을 생성해서 핵무기 개발에 필요한 컴퓨터 모델링을 하는데 필요한 정보를 주는 목적을 가지고 있습니다. 



Image credit: Randy Montoya, Sandia National Laboratories)   


 Z 머신이 작동할때 에너지는 100 나노초 (nanosecond) 이내에 2000만 암페어라는 엄청난 수준입니다. 초기 극도로 짧은 시간 동안 50 테라와트 (TW) 급 에너지를 낼 수 있게 설계되었으나 기술의 향상으로 최대 290 TW 급 에너지도 구현할 수 있다고 합니다. 


  Z 머신이 낼 수 있는 극단적인 고온과 고압을 설명하기 위해서 한가지 예를 들면 2003 년 4월 7일 산디아 연국소는 소량의 중수소 핵융합에 성공했다고 발표한 바 있습니다. 즉 핵융합까지 일으킬 수 있는 고온 고압 상태를 아주 일시적으로 만들 수 있습니다. 또 ice VII 로 알려진 뜨거운 얼음을 생성했는데 이 상태는 7만에서 12 만 기압에서 존재할 수 있습니다. 2006 년 Z 머신은 20 억 켈빈 ( 2×109  K) 의 온도를 구현했고 최대 37 억 켈빈까지 도달이 가능하다고 합니다. 


 한편 미국은 이보다 더 진보된 형태의 새로운 장치를 생각하고 있는데 이는 104 미터의 지름에 1000 테라와트 (혹은 1 페타와트 PW) 급, 7000 만 암페어, 24 메가볼트 (megavolt) 라는 상상하기 힘든 에너지를 순간적으로 발생시켜 20 - 30 MJ 의 수소 핵융합 에너지를 발생시킬 수 있습니다. 이는 Z 머신의 미래 버전으로 ZN (Z Neutron) 이라 불리고 있는데 장차 미래에 매 100 초 간격으로 핵융합을 발생시키는 방안을 검토하고 있습니다. 과연 미래에 핵융합 연구에도 큰 진전을 이룰 수 있을지 궁금해지는 대목입니다.  



(LTD based Z pinch accelerator 의 제안 모델. 1 페타와트급   Source :  US DOE  )  


참고





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