딱총새우에서 영감을 얻은 핵융합 기술

 (First Light Fusion has demonstrated measurable fusion, using high-speed projectiles slamming into specially designed falling targets with fuel pellets embedded in them. Credit: First Light Fusion)

(Complex target designs place multiple cavities around fuel pellets, positioned to precisely tune the shockwaves that result when a hypersonic projectile hits it. Credit: First Light Fusion)

 옥스퍼드의 스핀오프 핵융합 기업인 퍼스트 라이트 퓨전 (First Light Fusion)이 매우 독특한 개념의 핵융합 기술을 공개했습니다. 이들의 독특한 접근법은 바다에서 가장 큰 소리를 내는 동물인 딱총 새우에서 영감을 받았습니다.  

 딱총새우: https://blog.naver.com/jjy0501/100168253721

            https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3572256&cid=58940&categoryId=58956

(Pistol Shrimp's Cavitation Bubble | Richard Hammond's Invisible Worlds | Earth Lab)

 딱총 새우는 공기 버블에 의한 기포 공동 현상을 통해 물속에서 엄청난 압력을 만들어 먹이를 기절시킵니다. 이때 버블의 충격파에 의해 물속에서도 일시적으로 초고온 현상이 일어납니다. 물론 딱총새우의 공동 효과가 아무리 크더라도 핵융합에 필요한 에너지를 얻을 수는 없기 때문에 퍼스트 라이트 퓨전은 레일건과 특수 연료 펠릿을 이용해 핵융합에 필요한 압력과 온도에 도달합니다. 

 대략 1cm 크기의 각설탕 모양의 연료 펠릿은 작은 동전 크기의 발사체와 충돌해 공동 현상을 일으킵니다. 금속 충동체는 레일건으로 가속되어  초속 6.5km의 엄청난 속도로 연료 펠릿에 충동합니다. 이때 충돌 압력은 100기가파스칼에 달합니다. 

(Projectile fusion)

(First Light reactor concept)

 하지만 진짜 압력은 공동 현상에서 나오는 압력으로 무려 100테라 파스칼에 달합니다. 충격파의 속도는 초속 70km 혹은 마하 204로 핵융합에 필요한 압력과 온도에 도달해 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 반응 챔버 내부에 있는 액체 리튬을 가열합니다. 뜨거운 액체 리튬은 열 교환기에서 에너지를 전달하고 이루 터빈을 돌리는 방식입니다. 

 이 방법의 가장 큰 장점은 거대한 초전도 자석이 필요 없고 초고온 플라스마를 어렵게 유지할 필요가 없다는 것입니다. 대신 작은 펠릿을 30초에 한 번씩 반응시키면 되는데, 당연히 이 과정이 쉽지 않습니다. 현재는 소규모 충돌 실험만 하는 수준이지만, 연구팀은 2030년대까지 10억 달러 이하 비용으로 150MW 상업 핵융합로를 개발할 수 있다고 보고 있습니다. 참고로 펠릿 한 개 당 6.2MWh의 에너지가 얻어집니다. 

 이론적으로는 꽤 솔깃한 이야기인데 과연 성공할 수 있을지 궁금합니다. 

 참고 

https://newatlas.com/energy/first-light-nuclear-fusion-projectile/

https://firstlightfusion.com/