How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

번역: Mina Kim 검토: DK Kim

In the time it takes to snap your fingers,

여러분이 손가락을 까딱하는 사이에 태양이 방출하는 에너지는

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

우리 문명 전체가 4,500년 동안 쓰기에 충분한 양입니다.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

자연스럽게 과학자와 공학자들은 소형 별을 만들려고 노력해왔습니다.

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

여기 지구에 말이죠.

우리 전력망에 연결하려는 것이죠.

And the thing is, we already kind of have.

사실, 이미 비슷한 게 있습니다.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

단지 그게 실험실을 떠돌아다니는 작은 별처럼 보이지 않을 뿐이죠.

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

별들은 상상할 수 없을 정도로 많은 입자로 이루어져 있는데,

which gravity compresses into a super dense core.

중력이 이 입자들을 압축해서 중심부는 초고밀도가 되죠.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

중심부는 원자핵들이 서로 합칠 만큼 뜨겁고 밀도가 높아서

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

핵융합이라는 과정을 통해 더 크고 무거운 원자핵을 형성합니다.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

원자 하나가 둘로 쪼개지는 반대 과정은 핵분열이라고 합니다.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

두 과정 모두에서 최종 생성물의 질량은

처음 원자들의 질량보다 약간 적습니다.

than the mass of the initial atoms.

But that lost mass doesn’t disappear—

하지만 손실된 질량은 사라지지 않습니다.

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

아인슈타인의 유명한 방정식에 따라 질량은 에너지로 변환됩니다.

And since c² is such a massive number,

광속의 제곱은 엄청난 숫자이기 때문에

both fission and fusion generate a lot of energy.

핵분열과 핵융합 모두 큰 에너지를 생성합니다.

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

태양에서 일어나는 핵융합은 대부분 헬륨 핵을 생성합니다.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

가장 일반적인 과정에서는,

양성자 두 개가 융합하여 중수소 핵을 형성한 다음,

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

다른 양성자와 융합하여 헬륨3 핵을 형성하고,

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

이는 다른 헬륨3 핵과 융합하여 헬륨4 핵을 형성합니다.

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

하지만 문제가 하나 있는데 첫 단계가 매우 드문 현상입니다.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

양성자끼리 충돌할 때 100의 24제곱 건 중 1건에서

results in a deuterium nucleus.

중수소 핵을 생성합니다.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

태양에서는 문제가 되지 않는데, 양성자가 아주 많아서

that even a reaction this rare happens all the time.

이런 드문 반응도 항상 일어나거든요.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

지구에서 연구자들은 더 쉽게 재현할 수 있는 반응을 사용합니다.

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

중수소 핵이 삼중 수소 핵과 융합하여

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

헬륨4 핵과 중성자를 형성하는 반응이죠.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

우리는 실제로 입자 가속기를 통해

1930년대부터 이와 같은 반응을 진행해 왔습니다.

since the 1930s.

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

하지만 이런 가속기는

이 반응이 방출하는 에너지를 이용하도록 설계되지 않았습니다.

Rather, they’re used to generate neutrons

그보다는 중성자를 생성하는 데 사용되어

for a variety of scientific and military purposes.

다양한 과학 용도와 군사 목적으로 쓰입니다.

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

한편 핵융합으로 무한한 에너지를 생산하려면

we’d need a device that can harness the energy released,

방출된 에너지를 활용해서

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

충분한 에너지를 장치에 다시 전달하여 반응이 계속 진행되도록 한 다음,

and then send the rest out to our power grid.

나머지는 전력망으로 보낼 수 있는 장치가 필요합니다.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

그러려면 핵융합 반응로가 필요합니다.

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

원자로는 입자 가속기와 마찬가지로 헬륨 핵과 중성자를 생성합니다.

But that reaction would happen in a superhot core

하지만 그 반응은 초고온 중심부에서 일어나고

and the resulting neutrons would shoot outward

그 결과로 생긴 중성자는 바깥쪽으로 튀어나와

to heat up a layer of lithium metal.

리튬 금속층을 가열할 것입니다.

That heat would then boil water,

그러면 그 열이 물을 끓여서

generating steam to run turbines and produce electricity.

증기를 만들고 터빈을 돌려서 전기를 생산하죠.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

한편, 헬륨 핵은 중심부에 머물다가

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

다른 핵에 부딪혀 반응이 계속 진행되고

and the electricity flowing.

전기가 흐르도록 할 것입니다.

This tech has many practical challenges,

이 기술에는 현실적인 난관이 많습니다.

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

예를 들어 소용돌이치는 수백만 도짜리 물질을 통제해야 하죠.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

하지만 가장 큰 문제는 점화라는 부분을 구현하는 것입니다.

An energy technology is only commercially viable

에너지 기술이 상업적으로 가능하려면

if it puts out more energy than it uses.

에너지 사용량보다 생산량이 많아야만 합니다.

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

그리고 핵융합 반응로는 핵융합이 일어날 수 있을 만큼

중심부를 뜨겁게 하기 위해 많은 에너지가 필요합니다.

for fusion to occur.

So there’s a tipping point:

따라서 분수령이 있습니다.

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

연료가 반응을 시작할 수 있을 만큼 뜨거워져

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

그 온도에 도달하고 이를 유지하는 데 필요한 양보다

더 큰 에너지를 방출하는 순간이죠.

This is ignition.

이것이 바로 점화입니다.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

별들은 엄청난 중력의 힘으로 점화에 도달합니다.

but this approach is impossible on Earth

하지만 지구에서 그런 방법은 불가능합니다.

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

지구 전체 질량의 수천 배가 필요하기 때문이죠.

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

그래서 연구자들은 보통 레이저를 많이 배열하거나

or methods that combine magnets with high energy particles

고에너지 입자와 자석을 결합하는 방법, 또는

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

전자레인지에 있는 것과 비슷한 전자기파를 사용합니다.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

2022년에 미국 국립 점화 연구소의 과학자들은

demonstrated ignition for the first time ever,

사상 처음으로 점화를 시연했습니다.

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

레이저 192개를 사용하여

중수소와 삼중 수소를 1억 도까지 가열했죠.

While this was a huge step forward,

이는 큰 진전이었지만,

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

사용하는 것보다 더 많은 에너지를 생산해서

장기적으로 지속 가능한 원자로는 아직 갈 길이 멉니다.

that produces more energy than it uses.

But once operational, these relatively small reactors could power a city

하지만 일단 가동되면, 이 비교적 작은 원자로들이

백만 명이 사는 도시에 1년 동안 전력을 공급할 수 있습니다.

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

연료는 소형 트럭 두 대 분량만 있으면 됩니다.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

현재는 석탄을 약 3백만 톤 태워야

to produce that much energy.

이 정도 에너지를 생산할 수 있습니다.

That is the promise of fusion:

이것이 바로 핵융합의 가능성입니다.

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

무한하며 원할 때마다 나오고 탄소 배출도 거의 없는 에너지입니다.

True star power, right here on Earth.

바로 여기 지구에서 보여주는 진정한 별의 힘이죠.