helion의 공장은 2028년까지 가동될 것으로 예상되며 1년의 램프업 기간 후에 50메가와트 이상의 발전을 목표로 할 것이라고 말했습니다. 1메가와트는 보통 하루에 약 1,000개의 미국 가정에 전력을 공급할 수 있습니다.
"50메가와트는 상업적 규모의 핵융합의 큰 첫 번째 단계이며 수익은 더 많은 발전소를 개발하고 미국과 국제적으로 가능한 한 빨리 전력망에서 핵융합을 수행하는 데 우리에게 직접 반영됩니다."라고 워싱턴의 David Kirtley는 말했습니다. 주 기반 Helion의 설립자이자 CEO는 인터뷰에서 말했습니다.
2028년 세계 최초로 핵융합 발전소에서 전기를 생산하여 일정을 크게 단축한다는 발표네요.
성공하면 에너지 분야에 있어 역대급 사건으로 기록 될듯
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Q. 핵융합이란 무엇인가요?
핵융합은 태양과 별이 에너지를 만드는 데 사용하는 과정입니다.
핵융합은 두 원자가 강한 열과 압력 하에서 결합하여 하나의 원자를 형성할 때 발생합니다.
결합된 원자는 원래의 두 원자보다 질량이 작습니다. E=mc²에 따라 이 과정에서 에너지가 방출됩니다.
핵융합은 우라늄과 같이 무거운 원자가 쪼개져 에너지를 방출하는 핵분열과 반대되는 개념입니다.
핵융합은 우주에서 가장 풍부한 원소인 수소의 안정 동위원소를 연료로 사용합니다. 핵융합은 온실가스나 수명이 긴 폐기물을 생성하지 않습니다.
Q. 핵융합이 중요한 이유는 무엇인가요?
핵융합 발전은 전기를 만드는 데 사용할 수 있으며 기후 변화에 맞서 싸우는 데 중요한 도구가 될 것입니다.
전기 생산은 전 세계 온실가스 배출량의 34% 이상을 차지하며, 전기자동차로의 전환에 따라 이 수치는 계속 증가할 것입니다.
깨끗하고 무한한 전기는 우리 모두가 바라는 미래를 위해 매우 중요합니다.
핵융합은 현재와 미래의 모든 사람이 깨끗한 물, 인터넷, 에어컨, 양자 컴퓨팅을 이용할 수 있도록 보장하는 동시에 전기 비용을 낮춰 전 세계적인 기후 변화를 진정으로 해결할 수 있다고 믿습니다.
Q. 왜 아무도 핵융합을 시도하지 않았을까요?
과학자들은 수십 년 동안 실험실에서 단일 원자를 융합할 수 있었습니다.
소수의 기관에서 대량의 입자를 대규모로 융합할 수 있을 만큼 높은 온도에 도달시키는 대량 융합을 수행했습니다.
그러나 핵융합에 필요한 온도와 압력은 지구에서 재현하기 어렵기 때문에
대량 핵융합에 성공한 기관 중 전기를 만드는 데 사용할 수 있는 실용적인 방법으로 핵융합을 수행한 기관은 없습니다.
헬리온은 이러한 상황을 바꾸고 핵융합을 통한 전기를 현실로 만들 것입니다.
Q. 헬리온의 핵융합 접근 방식이 다른 점은 무엇인가요?
헬리온의 창립자들은 핵융합이 근본적인 물리적 문제가 아니라
핵융합 시스템과 하위 시스템을 구축, 테스트, 반복함으로써 해결될 수 있는 공학적 문제라고 믿습니다.
깨끗하고 안전하며 무한한 전기라는 진정한 목표에 집중함으로써 새로운 각도에서 핵융합에 접근할 수 있습니다.
우리의 접근 방식은 다른 핵융합 접근 방식과 크게 세 가지 점에서 다릅니다:
1) 펄스 비점화 핵융합 시스템을 활용합니다.
이를 통해 가장 어려운 물리학적 과제를 극복하고, 다른 접근 방식보다
핵융합 장치를 더 작게 유지하며, 필요에 따라 전력 출력을 조정할 수 있습니다.
2) 우리 시스템은 전기를 직접 회수하도록 설계되었습니다.
전기 자동차의 회생 제동과 마찬가지로, 우리 시스템은 사용하지 않은 모든 전자기 에너지와
새로운 전자기 에너지를 효율적으로 회수하도록 설계되었습니다.
다른 핵융합 시스템은 물을 가열하여 증기를 만들어 터빈을 돌리는데, 이 과정에서 많은 에너지가 손실됩니다.
3) 중수소와 헬륨-3(D-³He)을 연료로 사용합니다.
헬륨-3는 더 깨끗하고 옥탄가가 높은 연료입니다.
이는 시스템을 작고 효율적으로 유지하는 데 도움이 됩니다.
Q. 헬리온은 헬륨 3을 어디서 얻나요?
헬륨-3은 양자 컴퓨팅과 중요한 의료 영상에 사용되는 지구상에서 찾아보기 어려운 헬륨의 극희귀 동위원소입니다.
헬리온은 특허받은 고효율 폐쇄 연료 사이클을 활용하여 플라즈마 가속기에서 중수소를 융합하여 헬륨-3을 생산합니다.
헬륨 3은 역사적으로 생산하기가 매우 어려웠습니다.
과학자들은 헬륨 3이 훨씬 더 풍부하게 발견되는 달에 가서 채굴하는 방안까지 논의한 바 있습니다.
헬리온의 새로운 공정은 우주 여행 없이도 헬륨 3을 생산할 수 있다는 것을 의미합니다.
Q. 왜 아무도 헬리온의 핵융합 접근법을 시도하지 않았을까요?
과학자들은 1950년대 후반에 헬리온과 같은 접근법을 이론화했습니다.
하지만 당시의 뛰어난 과학자들은 트랜지스터나 최신 컴퓨터가 없던 시절이었기 때문에 개념을 증명할 수 없었습니다.
컴퓨터, 전기 자동차, 광섬유 네트워킹의 기술 발전으로 선구적인 개념을 다시 상상하고 현실화할 수 있게 되었습니다.
펄스 융합은 몇 펄스 동안 최대 전력으로 실행하거나 반복 속도를 조정하여 필요에 따라 출력을 조정할 수 있습니다.
이를 통해 더 간단하고 반복 속도가 빠르며 비용이 저렴한 퓨전 발전기를 구축할 수 있습니다.
Q. 헬리온의 기술적 성과는 무엇인가요?
2020년에 6번째 프로토타입인 트렌타를 완성했습니다.
2022년 말까지 트렌타는 거의 매일 핵융합을 수행했습니다.
거의 10,000회의 고출력 펄스를 완료하고 16개월 동안 진공 상태에서 작동했습니다.
헬리온은 트렌타를 통해 민간 기관 최초로 플라즈마 온도가 1억 섭씨(9keV)에 도달한 최초의 기관이 되었습니다.
또한 95%의 에너지 효율로 작동하는 자석, 10테슬라 이상의 압축장, 1ms 이상의 수명으로 플라즈마를 지속하는 것을 입증했습니다.
Q. 핵융합에 섭씨 1억 도가 중요한 이유는 무엇인가요?
태양의 거대한 크기와 중력은 핵융합을 위한 완벽한 조건인 극한의 압력을 가능하게 합니다.
지구에서는 중력이 같지 않기 때문에 핵융합을 하려면 플라즈마를 태양보다 훨씬 더 뜨겁게 만들어야 합니다.
연료가 뜨거워질수록 핵융합 반응이 더 많이 일어나고 더 빨리 일어납니다.
일반적으로 핵융합을 통해 상업용 전기를 생산하기 위해 대량의 핵융합이 일어나는 데 필요한 최소 온도는 섭씨 1억 도입니다.
또한 작고 비용 효율적인 시스템을 갖추기 위해서는 우수한 에너지 제한(연료가 냉각되는 속도)과 충분한 밀도(연료의 양)를 확보하는 것이 중요합니다.
헬리온의 6번째 프로토타입인 트렌타는 섭씨 1억 4천만 도에 해당하는 9keV 이상의 온도에 도달했습니다.
민간 핵융합 기업 중 이 온도에 도달한 것은 헬리온이 최초입니다.
Q. 헬리온은 어떻게 핵융합으로 전기를 생산하나요?
헬리온은 열을 이용해 터빈을 돌리기 위해 증기를 만들거나
극저온 초전도 자석에 막대한 에너지를 투입할 필요 없이 직접 전기를 회수합니다.
당사의 기술적 접근 방식은 효율 손실을 줄여주며, 이는 매우 낮은 비용으로 핵융합 전기를 상용화할 수 있는 핵심 요소입니다.
우리 장치의 FRC 플라즈마는 고베타이며 내부 전류로 인해 자체 자기장을 생성하여 기계 주변의 코일에서 자기장을 밀어냅니다.
FRC는 핵융합 챔버에서 충돌하고 장치 주변의 자석에 의해 압축됩니다.
이러한 압축으로 인해 플라즈마가 더 조밀해지고 더 뜨거워지면서
플라즈마가 팽창하는 핵융합 반응이 시작되고, 그 결과 플라즈마의 자속이 변화합니다.
이 자속의 변화는 기계 주변의 자석과 상호 작용하여 자속을 증가시키고 코일을 통해 새로 생성된 전기의 흐름을 시작합니다.
이 과정은 패러데이의 유도 법칙으로 설명할 수 있습니다.
Q. FRC는 하이베타입니다. 무슨 뜻일까요?
FRC는 하이베타 플라즈마 구성으로, 외부 자기장의 압축 압력과
플라즈마 내부 자기장의 압력의 비율이 100%에 가깝다는 것을 의미합니다.
하이베타는 헬리온이 벌크 플라즈마를 가속, 변환, 압축 및 가열할 수 있게 해주며
압축된 FRC 플라즈마가 대부분의 다른 핵융합 연료 가열 메커니즘처럼 근본적인 온도 제한이 없는 이유이기도 합니다.
이에 비해 토카막(핵융합 자기 감금의 또 다른 방법)은 뜨거운 플라즈마 연료 내부에 구조가 있고
평균 베타가 5% 이하인 토로이달 모양을 만듭니다. 이것이 헬리온 접근 방식의 주요 장점 중 하나입니다.
높은 베타 FRC는 효율성을 높이고 기계가 플라즈마에서 직접 전기를 회수할 수 있도록 합니다.
핵융합 반응 속도(생성되는 에너지의 양)는 자기장에 따라 4제곱으로 확장되는데 이는 매우 강력한 스케일링입니다.
그러나 이는 외부가 아닌 플라즈마 내부의 자기장으로, 베타² 및 B_external⁴로 스케일링됩니다.
10테슬라 헬리온 FRC는 44테슬라 토카막보다 성능이 뛰어납니다.
Q. 폴라리스가 어떤 역할을 하나요?
헬리온의 7번째 핵융합 프로토타입인 폴라리스는 핵융합을 통한 순전기를 시연하고, 중수소-수소 핵융합을 통한 헬륨-3 생산도 시연할 예정입니다.
폴라리스 건설을 통해 처음 6개의 프로토타입에서 달성한 기술적 진보를 상업적 규모로 확장할 수 있을 것입니다.
또한 핵융합 펄스의 반복 속도를 높일 것입니다.
트렌타에서는 10분에 한 번씩 퓨전 펄스를 실행했습니다.
폴라리스에서는 연속 작동 중에 더 높은 반복률로 펄스하는 것을 목표로 할 것입니다.
Q. 헬리온은 언제 전기를 생산하나요?
폴라리온은 2024년까지 소량의 순수 전기 생산을 시연할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다.
가능한 한 빨리 상업용 핵융합 전력을 그리드에 제공할 수 있도록 계속해서 장치를 빠르게 반복할 것입니다.
Q. 헬리온의 핵융합 전력 비용은 얼마인가요?
헬리온의 핵융합 전력은 가장 저렴한 전력 공급원 중 하나가 될 것으로 예상합니다.
헬리온의 전기 생산 비용은 대량 생산, 탄소 배출권, 정부 인센티브 등 규모의 경제를 가정하지 않고도 kWh당 0.01달러가 될 것으로 예상됩니다.
전기 비용의 주요 구성 요소는
1) 자본 비용
2) 운영 비용
3) 가동 시간
4) 연료 비용
헬리온의 핵융합 발전소는
연료 비용이 거의 들지 않고
운영 비용이 낮으며
가동 시간이 길고
자본 비용도 경쟁력이 있을 것으로 예상됩니다.
핵융합을 매우 효율적으로 수행할 수 있고 대형 증기 터빈, 냉각탑 또는
기존 핵융합 접근 방식의 기타 플랜트 요구 사항이 필요하지 않기 때문에 자본 장비에 훨씬 더 낮은 비용이 필요합니다.
Q. 핵융합은 정말 풍부한가요?
헬리온의 발전기는 모든 형태의 물에서 발견되는 수소의 동위원소인 중수소와 중수소 원자를 융합한 산물인 헬륨-3로 작동합니다.
지구의 바다에는 10¹⁸L의 중수소수(D₂0)가 포함되어 있습니다.
이는 10¹⁶TWh의 전기를 생산할 수 있는 양으로, 현재 인류가 필요로 하는 모든 에너지를 수십억 년 동안 공급할 수 있는 양입니다.
Q. 핵융합은 안전한가요?
헬리온의 비점화 핵융합 방식은 연쇄 반응이 없으며 기계를 즉시 차단할 수 있다는 것을 의미합니다. 또한 연쇄 반응이 폭주할 위험도 없습니다.
헬리온의 핵융합 발전기는 작동하는 동안 약간의 방사선을 방출하지만 관리하기 쉬운 소량입니다.
헬리온은 시중에서 판매되는 차폐재를 사용하여 기계에서 방출되는 방사선의 양을 제한할 수 있습니다.
Q. 핵융합은 폐기물을 생성하나요?
헬리온의 핵융합은 수명이 긴 방사성 폐기물을 생성하지 않습니다.
하지만 손목시계나 출구 표지판과 같은 상업용 애플리케이션에 일반적으로 사용되는 삼중수소를 생산합니다.
삼중수소의 반감기는 12년에 불과합니다(핵분열 폐기물의 경우 24,000년에 비해).
그리고 삼중수소가 붕괴하면 핵융합 연료로 사용되는 헬륨-3으로 변합니다.
삼중수소 외에도 핵융합으로 인한 방사선은 발전소 운영 수명 동안 일부 "활성 물질"을 생성합니다.
헬리온의 발전소는 의료 기기나 다른 입자가속기에서 생성되는 것과 유사하게 낮은 활성화 물질만 사용하도록 특별히 설계되었습니다.
Q. 핵융합을 무기화할 수 있나요?
핵융합은 연쇄 반응을 일으키지 않으므로 핵융합 자체는 무기화할 수 없습니다.
또한 핵융합 방식은 핵무기에 사용되는 핵분열성 물질인 플루토늄이나 우라늄을 사용하거나 생산하지 않으며
핵융합 반응은 농축 공정에 활용하기에는 매우 비현실적입니다.
무엇보다도 헬리온은 핵융합이 실현된 세상에서는 누구에게도 우라늄이 기능적으로 필요하지 않을 것이라고 믿습니다.
따라서 핵융합은 진정한 비확산에 중추적인 역할을 할 수 있습니다.
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