미국, 핵폐기물 수소연료로 재활용하는 기술 개발

현재 세계 에는 핵융합(핵융합 반응) 원리로 작동하는 원자력 발전소가 없습니다. 모든 원자력 발전소는 우라늄 핵분열 원리를 이용하여 열에너지를 생성합니다.

핵융합은 두 원자를 결합하여 열을 발생시키는 과정으로, 이 열이 발전기를 돌립니다. 이 발전기는 배출가스가 거의 없이 대량의 전기를 공급합니다. 따라서 이론상으로는 가장 깨끗한 에너지 형태 중 하나로 여겨집니다.

오늘날 운영되는 원자력 발전소는 핵분열 반응을 이용해 에너지를 생산하지만, 수년간 방사능을 유지하는 많은 양의 핵폐기물도 생성됩니다.

원자력 발전소에서 나오는 핵폐기물은 처리하기 어렵고 저장하는 데 엄청난 비용이 듭니다.

이와 대조적으로, 우주의 별을 움직이는 핵융합 과정은 최종 단계에서 방사성 폐기물을 거의 생성하지 않습니다. 이 과정은 중수소와 삼중수소의 융합을 필요로 합니다.

인류는 핵융합의 힘을 활용하는 데 있어 상당한 진전을 이루었으며, 미국 오하이오주에 있는 OpenAI의 원자력 발전소도 그중 하나입니다. 그러나 그보다 더 어려운 것은 핵융합 반응에 필요한 삼중수소 연료입니다.

중수소는 쉽게 구할 수 있지만, 미국은 현재 심각한 삼중수소 부족에 시달리고 있습니다. 로스앨러모스 국립연구소(LANL)의 물리학자이자 이 연구의 주저자인 테렌스 타르노스키는 "현재 상업용 삼중수소의 가치는 파운드당 약 1,500만 달러(킬로그램당 3,300만 달러)인데, 미국은 이를 국내에서 생산할 능력이 없습니다."라고 말했습니다.

핵융합로용 삼중수소 삼중수소는 상층 대기에서 자연적으로 발견되며, 캐나다의 원자로가 삼중수소의 주요 상업적 생산지입니다.

타르노프스키는 보도자료를 통해 현재 지구상의 삼중수소 총 재고량이 약 55±31파운드[25±14킬로그램]라고 밝혔습니다.

타르노프스키의 추산에 따르면 25kg은 50만 가구 이상에 6개월 동안 전력을 공급할 수 있는 양입니다. "워싱턴 D.C.에 있는 가구 수보다 많은 양입니다."

한편, 미국은 상업용 원자력 발전소에서 발생한 수천 톤의 핵폐기물을 보유하고 있습니다. 이 폐기물에는 고방사능 물질이 포함되어 있어 안전하게 보관하려면 값비싼 저장 시설이 필요합니다.

따라서 과학자들은 여전히 방사성 핵폐기물을 이용하여 귀중한 삼중수소를 생성하는 것의 타당성을 평가할 기회를 포착했습니다. 시뮬레이션 결과 핵폐기물이 좋은 공급원이 될 수 있음이 시사되었고, 타르노프스키는 설계의 생산 및 에너지 효율을 평가하기 위해 잠재적 삼중수소 원자로에 대한 수많은 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다.

보도자료에 따르면, 시뮬레이션 중 원자가 분열되면서 중성자가 방출되었고, 일련의 다른 핵 전이를 거쳐 결국 삼중수소가 생성되었다고 합니다.

부스트 기능을 사용하면 운영자가 이러한 반응을 켜거나 끌 수 있으며, 기존 원자력 발전소에서 발생하는 연쇄 반응보다 안전한 것으로 간주됩니다.