퓨전!

실험적인 핵융합로 의 최근 돌파구 는 주류 미디어를 통해 파급되는 뉴스의 충격파를 만들었습니다. 모든 분야의 작가들은 이것이 얼마나 중요한 진전인지, 그리고 그것이 어떻게 우리를 '깨끗하고 안전하며 거의 무한한' 에너지원에 더 가깝게 만드는지 서정적으로 표현했습니다. 그러나 현실은 약간 더 미묘합니다.

항상 그렇듯이 지속 불가능한 것은 지속되지 않습니다. Nature's rule book의 일부인 물리학은 이와 같은 단순한 원리에 따라 작동합니다. 복잡하지 않습니다. 시스템이 에너지원으로 유용하려면 자체 유지에 필요한 것보다 더 많은(훨씬 더) 에너지를 생산해야 합니다. 그것은 잉여 에너지를 생산해야 합니다. 핵융합을 추구하는 과학자들이 이것을 그들의 주요 목표로 삼은 것은 놀라운 일이 아닙니다. 뛰어난 결과 를 내는 미국 NIF(National Ignition Facility)는 다음과 같은 성과 를 거둔 것으로 알려졌습니다.

이 시설은 192개의 레이저 세트를 사용하여 2.05메가줄의 에너지를 수소 동위원소 중수소 및 삼중수소의 동결 펠릿이 들어 있는 완두콩 크기의 금 실린더에 전달했습니다. 레이저의 에너지 펄스는 캡슐을 붕괴시켜 별과 열핵무기에서만 볼 수 있는 온도에 도달했고 수소 동위원소는 헬륨으로 융합되어 추가 에너지를 방출하고 일련의 핵융합 반응을 일으켰습니다. 실험실의 분석에 따르면 반응은 약 3.15MJ의 에너지를 방출했으며 이는 반응에 들어간 것보다 약 54% 더 많은 것이며 이전 기록인 1.3MJ의 두 배 이상입니다.

인간의 언어로 번역: 많은 사람들이 시험실에서 소형 수소 폭탄을 발화하기 위해 무차별 대입을 사용했습니다(원자 폭탄을 퓨즈로 사용하지 않음). 대단한 위업입니다! 잉여 에너지를 생산했습니까? 젠장. 70년 전 그 불길한 실험처럼. 참고로 Enewetak Atoll의 주민들에게 이런 종류의 높은 잉여 에너지가 어떻게 산호를 대기 중으로 던질 수 있는지 물어보십시오.

이것이 지속 가능한 에너지원입니까? NIF에서 수행된 실험이 소형 강타 대신 지속적인 에너지 흐름을 생성할 수 있습니까? 당연히 아니지. 그들은 의도하지 않았습니다. 기사를 주의 깊게 읽으면 실험 의 실제 목적이 무엇인지 알 수 있습니다.

그러나 그 결과는 NIF에서 특히 중요합니다. 이 시설은 핵무기 과학자들이 폭발 내부의 강렬한 열과 압력을 연구하는 데 도움이 되도록 설계되었으며, 이는 실험실에서 고수율 핵융합 반응을 생성하는 경우에만 가능합니다. [...] 이제 가장 큰 문제는 에너지부가 다음에 무엇을 할 것인가입니다. NIF에서 무기 연구를 두 배로 줄이거 나 융합 에너지 연구에 맞춰진 레이저 프로그램으로 전환하는 것입니다.

친애하는 독자여, 나는 당신에 대해 잘 모르지만 '피벗' 이라는 단어 는 이 전체 실험이 100% 군사 연구 목적이었고 융합 에너지의 돌파구로 재포장 되었다는 것을 나에게 시사합니다 . 즉, 지속 가능한 에너지를 찾는 대신 소스 NIF는 수소 폭탄을 점화하는 새로운 방법을 찾았습니다.

지속적인 핵융합 반응 을 달성하려면 최대 1억 5천만 도의 온도까지 플라즈마를 담을 수 있는 용기가 필요합니다. 그리고 이것은 머리 긁기가 시작되는 곳입니다. 그다지 광고되지 않은 엔지니어링 현실 세계에서 융합 원자로는 스테로이드에 대한 터보 충전 에너지 돼지입니다. 수백만 도의 뜨거운 플라즈마가 케이싱을 통해 연소되는 것을 방지하기 위해 반응기는 매우 뜨거운 입자를 반응기의 벽에서 멀리 떨어진 반응기 중앙에 유지하기에 충분히 강한 전자기장을 생성해야 합니다.

세계에서 가장 크고 가장 유망한 핵융합로인 ITER 도 절대 영도에 가까운 온도까지 지속적으로 냉각해야 하는 초전도 자석을 통해 이 위업을 달성할 것입니다. 이 자기장을 생성하는 것만으로도 많은 다른 장비는 말할 것도 없고 전기 요금이 지붕을 통해 날아가며 모두 합쳐서 중소 도시 의 전기 소비량 과 같습니다.

ITER 플랜트 및 시설에 대한 전기 요구 사항은 플라즈마 작동 중 피크 기간 30초 동안 110MW에서 최대 620MW까지 다양합니다.

이것은 할머니의 전기 주전자가 아닙니다. 우리는 30초간의 불꽃놀이를 위해 (평균적으로) 365MW의 전기를 소비한다고 말하고 있습니다. 그러나 이 중 50MW만이 플라즈마를 점화하는 데 사용되며 나머지는 냉각수와 극저온 시스템에 흡수됩니다. 그러나 프로젝트의 웹사이트 에 따르면 소비의 그다지 중요하지 않은 부분은 목표 달성에서 완전히 제외될 것입니다.

ITER는 플라즈마에서 10배의 전력 반환(Q=10) 또는 50MW의 입력 가열 전력에서 500MW의 융합 전력 을 생성하도록 설계되었습니다 .

ITER의 설계자가 테스트 챔버에 대한 50MW 가열 입력에 초점을 맞춘 것처럼 성공을 정의한다면(챔버에 생명 유지를 제공하는 모든 장비의 총 소비량 제외) 네, 아마 하루를 끝내고 성공을 거둘 수 있을 것입니다. 돈. 그러나 정직하게 계산하면 ITER는 기껏해야 손익분기점을 약간 상회하는 에너지 투자 수익에 대해 1.37:1에 불과할 것입니다. 이것은 유사한 구조를 구축하는 데 필요한 에너지를 고려하지도 않은 것입니다.

문제는 물리학이 우리가 측정하는 것에는 전혀 관심이 없다는 것입니다. 전체 시스템이 지속 가능하거나 아무것도 아닌 것입니다.

우리가 진정으로 이 문명을 구하는 일에 진지하다면, 정부로부터 거금을 모으고 군수 산업에서 명령을 받으면서 행복하게 시간을 보내는 대신에 총 투입량과 산출량을 계산할 것입니다. 그런 다음 우리는 히트 인 대 히트 아웃의 1에서 10 목표가 여기서 확실히 충분하지 않다는 것을 깨달을 것입니다. 현재 실험에서 제공하는 메트릭을 사용하여 현재의 원자로 성능 과 적어도 일치할 수 있음을 증명하기 위해 순 500:1 목표(또는 총 70:1)를 목표로 해야 합니다 . 이것이 불가능하게 들린다면 아마도 가능할 것입니다. 하지만 우리도 그것에 시간을 낭비해서는 안 됩니다.

a) 장비를 완전히 망가뜨리지 않고 하루는 고사하고 한 시간 동안 핵융합을 지속할 수 있는지(아마도 아닐 수도 있음) 실마리가 없으며 b) ITER가 전기를 생산하지 않을 것이라는 사실을 추가 하십시오. else's problem (1)), 그리고 이 실험이 실제로 어디로도 연결되지 않는 다리라는 것을 알 수 있습니다.

우리 문명의 유한한 본성을 파악하지 못하는 인류의 무능력이 저를 강타하는 부분입니다. 첨단 기술의 시대는 번호가 매겨져 있습니다. 현재 소비 속도로 보면 지난 1만 년 동안보다 향후 20~30년 동안 더 많은 광물을 채굴해야 합니다. 이것이 기하급수적 성장의 본질입니다.

문제는 남은 자원이 그렇게 많지 않지만 그럼에도 불구하고 노력한다는 것입니다. 현재의 부족은 우리가 지금부터 10년, 15년 후에 경험하게 될 것에 비하면 아무것도 아닙니다. 그냥 지켜보십시오. ITER는 여전히 초기화 중일 것입니다(2035년 시작 예정). 그것을 시작하는 것이 우리의 가장 작은 문제가 될 것입니다… 다른 문제에도 불구하고 매우 희귀한 수소 동위원소인 삼중수소를 예로 들어 보겠습니다.

오늘날 삼중수소는 19개의 캐나다 CANDU 핵분열 원자로에서 생성되며 그 중 절반은 폐쇄될 예정입니다. [...] 이것은 약 25kg의 삼중수소 비축량이 2030년까지 정점을 찍고 매각되고 붕괴됨에 따라 꾸준히 감소하기 시작한다는 것을 의미합니다.

이것이 왜 중요한가요? 물론 핵융합은 훨씬 더 풍부한 동위원소에서 실행될 수 있으며 계속 흥얼거리고 있습니다. 하지만 핵융합을 시작하려면 항상 소량의 이 정말 희귀한 물질이 필요합니다.

연구원들은 20년 전에 핵융합의 "삼중수소 창"이 결국 닫힐 것이라는 것을 깨달았고 그 이후로 상황은 더욱 악화되었습니다. ITER은 삼중수소 공급이 줄어드는 빠르면 2035년까지 DT를 소각하지 않을 것입니다. ITER이 2050년대에 작업을 마치면 – 더 이상의 지연이 없다면 – 5kg 이하의 삼중수소만 남게 됩니다.

여기 에서 주제에 대한 전체 기사를 읽어보십시오. 매우 통찰력 있고 출처가 잘 밝혀졌습니다. 어떤 의미에서 핵융합은 원자력 문명을 건설하려는 인류의 일생에 한 번 시도한 부산물입니다... 모두 재생 불가능한 금속, 화석 연료 및 모래를 기반으로 합니다. 앞으로 수십 년.

우리는 태양 전지판에 의해 포착되거나 핵융합을 통해 여기 지구에서 생성되는 무한 에너지에 대한 꿈을 계속 꾸고 있지만, 이러한 복잡한 기술에 의해 구성되고 결국 소비되는 재생 불가능한 물질의 양을 의도적으로 잊고 있습니다.

대표적인 예는 니오븀-티타늄 와이어로 만들어진 6개의 폴로이드 필드 코일 (강한 자기장 생성 - 그 이름을 사랑하게 됨)을 살펴보십시오. 다음은 Home Depot에서 구매하는 것이 아닙니다.

직경이 17~24미터이고 무게가 200~400톤인 코일 PF2, PF3, PF4 및 PF5는 너무 커서 외부에서 제조하여 ITER로 배송할 수 없습니다.

ITER의 사람들은 그들의 프로젝트가 얼마나 확장 불가능한 유니콘인지 절대 비밀로 하지 않습니다. 중국의 희토류 광산에서 시작하여 운영 이면의 전체 공급망을 상상해 보십시오. 덤퍼 트럭과 굴착기로 분당 갤런의 디젤을 태우는 유한한 니오븀 매장량을 추출하고 정유소에서 유독성 고방사능 꼬리를 남깁니다. 뒤에 연못. 그런 다음 이 이국적인 금속을 녹이고 이 특수 합금을 만들기 위해 제련소에서 연소되는 석탄과 천연 가스의 양을 상상해 보십시오… 제조 조립 프로세스 등등… 이제 여러분은 핵융합 원자로를 건설, 유지 및 실행하는 데 필요한 에너지 및 유한 재료 입력의 종류를 이해하기 시작합니다. 다시,

현재 우리가 목격하고 있는 6차 대멸종을 초래한 무한한 에너지(화석 연료 형태)의 사용이 정확히 그랬을 때, 왜 우리는 사실상 무한한 핵융합 발전소를 지구상에 건설하려고 하는가? 이 모든 것으로 누구에게 깊은 인상을 남기고 싶습니까?

반쯤 죽은 생물권을 물려받은 우리의 후손들은 방사성 폐기물, 영원한 화학 물질, 사용된 배터리, 텅 빈 사막 사이의 침수된 대도시로 어지럽혀져 있어 조금도 즐겁지 않을 것입니다. 우리가 본 것처럼 에너지 소비가 증가할 때마다 광업, 제조, 삼림 벌채에서 사막화 및 궁극적으로 낭비에 이르기까지 생태학적인 활동이 증가합니다. 이번에는 다를 것이라고 생각한다면… 당신을 팔 다리. 이러한 "깨끗하고 풍부한" 에너지원으로 무장한 기업은 자원을 찾아 궁극적으로 이익을 얻기 위해 수십 년 안에 지구상에 거의 남아 있지 않은 것을 확실히 파괴할 것입니다.

여러분, 이것은 말도 안되는 소리입니다. 우리는 서서히 죽어가는 생태계와 함께 과열된 행성에서 석유와 가스 생산의 장기적인 감소의 벼랑에 분명히 있습니다. 그리고 우리의 최선의 희망은 우리의 가장 훌륭하고 가장 똑똑한 핵융합을 알아낼 때까지 수십 년 동안 이 자살률의 자원 추출 속도를 버틸 수 있다는 것입니다 . 진짜? 그때까지 우리는 점화 연료가 바닥날 것이고 우리의 멋진 유니콘은 새로운 원자로의 생산은 고사하고 자체적으로 전력을 공급할 수 없는 수십억 달러 규모의 방사성 고철 더미에 불과할 것이라는 사실을 깨닫는 것뿐입니다. 그것의 종류? 누군가, 누군가 가 이것을 진지하게 생각해 본 적이 있습니까? 제정신으로 누가 이 모든 예산을 승인했습니까?!

진지하게, 우리가 처한 끔찍한 곤경을 알기에 우리는 근본적으로 다른 기후로 변해가는 행성에서 음식, 의복, 주택을 생산하는 방법을 배우고 다시 배우느라 바빠야 합니다. 자원 및 에너지 가용성의 자연적인 감소와 함께 기술 사용을 축소하는 방법에 대한 계획이 절실히 필요합니다. 우리는 우리 시대 이전의 사람들이 어떻게 살았는지 살펴보고 광물 자원/에너지와 생명 자체의 측면에서 심각하게 고갈된 세상에서 어떤 기술과 과학 지식이 유용하게 사용될 수 있는지 살펴봐야 합니다.

화석 연료와 광물은 고갈로 인해 우리가 떠날 수 있는 것보다 더 빨리 우리를 떠날 것입니다. 그 결과 산업 문명은 우리가 무엇을 하든 앞으로 100년 정도 지나면 사라질 것입니다. 그러나 이야기가 전개될 때 우리가 스스로를 망각에 빠뜨리지 않는다고 가정하면 그 과정에서 무언가를 배울 수 있습니다… , 지속 가능한. 퓨전은 이러한 주요 '성공'에도 불구하고 영원히 하늘의 파이로 남을 것입니다. 반세기 전과 마찬가지로 지금으로부터 25년 후가 될 것입니다. 사람들이 마침내 그것을 잊을 때까지 말입니다. 미래의 몇 백 년 동안 사람들은 그것이 무엇을 의미했는지 자녀들에게 설명조차 할 수 없을 것입니다.

하지만 지금 여기에서 융합은 막대한 규모의 시간과 돈, 자원 낭비입니다. 그것은 우리의 상황에서 실제로 완벽하게 이해될 수 있고 병목 현상을 통해 우리를 볼 수 있는 다른 많은 일을 방해하고 방해합니다. 그런 다음 그것들에 초점을 맞추고 퓨전 기반 테크뉴토피아는 그것이 속한 곳에 남겨두자: 아직 쓰여지지 않은 역사책의 페이지를 위해.

다음 시간까지,

비

노트:

(1) 현재 우리는 핵융합 중에 방출되는 막대한 에너지를 어떻게 활용할지 추측할 수 있을 뿐입니다. 그것의 대부분은 열 및 전자기 복사와 일부 고에너지 입자의 형태로 제공됩니다. 그걸로 무엇을 할까요? 물을 끓이고 증기 터빈을 돌린다? 에너지 전환율은 어떻게 될까요? 기껏해야 30%? 잠깐, 이걸 30초 버스트에 사용할 계획인가요? 30초마다 냉각, 분해 및 수리해야 하는 원자력 발전소를 상상해 보십시오. 작동하지 않을 것입니다.

(2) 핵융합 동안 중성자가 생성되어 반응 챔버의 벽에 부딪힙니다. 전하가 중립이기 때문에 전자기장은 챔버 자체의 벽에 구조적 손상을 입히는 것을 막을 수 없으며 시간이 지남에 따라 깨지기 쉬운 방사성 고철 조각으로 변합니다. 재활용의 희망 없이 폐 우라늄 연료봉 옆에 묻혀야 하는 위험한 폐기물입니다. 두 사람 모두에게 안전한 장소를 찾는 행운을 빕니다.