탄탈럼 콜드 스프레이로 핵융합로의 성능 높인다

(The new coating will be used in the WHAM device, seen here behind researchers Jeremiah Kirch, Mykola Ialovega, and Marcos Xavier Navarro-Gonzalez, from left to right. Credit: Mykola Ialovega)

토카막 같은 핵융합 연구 장치에서 문제점은 이온화되어 자기장 안에 들어 있는 초고온의 수소 플라스마 입자 중 일부가 전기적으로 중성이 되면서 자리에서 이탈하는 경우가 있다는 것입니다. 섭씨 1억도에 달하는 초고온 플라스마를 자기장 안에 가두지 못하고 계속해서 유출될 경우 플라스마 유지가 어렵고 이 과정에서 핵융합로 내부 소재도 손상을 입어 오래 가동하기가 어렵습니다.

위스콘신 메디슨 대학의 미콜라 이알로베가 (Mykola Ialovega, a postdoctoral researcher in the University of Wisconsin-Madison (UW–Madison))와 그 동료들은 탄탈럼 (Tantalum) 콜드 스프레이 코팅을 이용해 핵융합로 내부를 보호하고 빠져나가는 수소를 다시 회수할 수 있는 방법을 연구했습니다.

탄탈럼은 높은 내열성을 지닌 원소로 녹는점이 섭씨 3017도로 높다는 특징을 지니고 있습니다. 다만 그렇기 때문에 고온의 액체 탄탈럼으로 스테인리스강을 코팅할 순 없습니다. 그래서 연구팀은 탄탈럼을 스프레이처럼 뿌리는 방법을 사용했습니다.

탄탈럼: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3576045&cid=58949&categoryId=58982

실험 결과 탄탈럼 스프레이는 초고온의 수소 원자에도 잘 버틸 뿐 아니라 다시 반응로 안으로 돌아가게 만들어 플라스마를 안정적으로 유지하는데 도움을 줬습니다. 연구팀은 현재 위스콘신 메디슨 대학에서 개발 중인 핵융합 실험 장치인 Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror (WHAM)에 이 코팅을 이용할 계획입니다.

과연 의도한대로 작동할지는 두고봐야 알겠지만, 혹시 성공한다면 탄탈럼 가격이 더 오르는 건 아닌가 하는 생각도 드네요.

참고

https://newatlas.com/physics/tantalum-boosts-fusion-reactor/

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1402-4896/ad0098

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