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핵융합 발전의 생존 전략: 초고온 열부하를 제어하는 '디버터(Divertor)'의 미래

핵융합 에너지를 실현하기 위한 가장 큰 도전 과제 중 하나는 바로 **'열 부하 관리'**입니다. 이 동영상에서는 핵융합로 내부에서 발생하는 엄청난 열과 불순물을 배출하는 핵심 장치인 **디버터(Divertor)**의 역할과 이를 혁신하기 위한 최신 기술들을 살펴봅니다. 1. 디버터란 무엇인가? 디버터는 진공 용기 하단에 위치하여 핵융합 반응으로 생성된 열과 헬륨 재(ash)를 추출하고, 플라즈마 오염을 최소화하며 주변 벽면을 열적, 중성자 부하로부터 보호하는 장치입니다. 2. 고정형 고체 디버터의 한계와 텅스텐의 선택 현재 ITER와 같은 장치에서는 녹는점이 가장 높은 금속인 텅스텐을 아머(armour) 재료로 선택하여 약 10 MW/m² 수준의 정상 상태 열 부하를 견디도록 설계되었습니다. 하지만 미래의 상업용 발전소(DEMO)에서는 훨씬 더 강력한 열 부하와 중성자 손상이 예상되어, 고체 재료의 마모와 균열 문제가 심각한 걸림돌이 될 수 있습니다. 3. 차세대 솔루션: 액체 금속(Liquid Metal) 디버터 고체 디버터의 한계를 극복하기 위해 리튬(Li), 갈륨(Ga), 주석(Sn) 등을 활용한 액체 금속 디버터가 유망한 후보로 떠오르고 있습니다. • 자가 치유 및 자가 냉각: 액체 금속은 손상된 표면을 즉시 보충할 수 있으며, 대류나 증발을 통해 열을 효율적으로 제거합니다. • 증기 차폐(Vapor Shielding): 강한 열 부하가 가해질 때 액체 금속이 증발하면서 표면 앞에 보호층을 형성하여 기판으로 전달되는 열을 스스로 줄이는 부정적 피드백 메커니즘을 제공합니다. 4. 혁신적 자기장 구조와 AI 기반 제어 • Super-X 디버터: 자기장 구조를 변경하여 타겟으로 전달되는 열 부하를 10배 이상 줄이는 혁신적 설계가 MAST Upgrade 등에서 검증되고 있습니다. • EFIT-mini: 인공지능 신경망을 활용해 플라즈마 평형을 기존 방식보다 **1,000배 빠른 속도(0.36ms)**로 재구성함으로써, 실시간으로 플라즈마 모양을 정밀하게 제어할 수 있는 길이 열렸습니다. 5. ITER에서의 새로운 발견 기존의 경험적 예측과 달리, 자이로키네틱(Gyrokinetic) 시뮬레이션 결과 ITER에서는 난류(Turbulence) 현상 덕분에 열 부하 폭(heat-flux width)이 예상보다 넓게(약 5-6mm) 형성될 것으로 보입니다. 이는 미래 핵융합로 운영에 있어 더 넓은 운전 영역을 확보할 수 있다는 희망적인 메시지를 던져줍니다. 깨끗하고 무한한 핵융합 에너지의 시대를 열어줄 디버터 기술의 진화, 지금 영상에서 확인하세요! -------------------------------------------------------------------------------- [태그] #핵융합 #디버터 #Divertor #ITER #액체금속 #리튬 #텅스텐 #에너지혁명 #토카막 #플라즈마 #인공지능 #EFITmini #미래에너지 #자기제한핵융합 #과학기술 #KSTAR #DEMO