핵융합 발전의 재료, 헬륨3의 가치

지구는 인류가 사용한 온실가스로 인해 급격한 기후변화를 겪고 있습니다. 각국은 온실가스를 배출하지 않는 에너지를 확보하기 위해 기술개발을 하고 있으며 그중 핵융합 발전을 통해 무한한 청정에너지를 얻고자 노력하고 있습니다. 핵융합 발전을 위해서는 삼중 수소, 중수소, 헬륨 3의 재료들이 필요하지만 그중 헬륨 3을 이용하면 에너지 밀도가 높아 효율성이 높은 에너지를 얻을 수 있습니다.

 

 

 

헬륨 3란?

헬륨 3은 희귀 동위원소로 양성자 2개와 중성자 1개로 구성되어 있으며, 일반 헬륨(양성자 2+중성자 2) 보다 중성자 1개가 적습니다. 이러한 헬륨 3은 태양풍을 타고 우주로 방사되는데 오랜 시간 달 표면에 퇴적되어 풍부하게 매장되어 있습니다. 하지만 지구는 대기가 있기 때문에 퇴적되지 못하여 지구에는 존재하지 않습니다. 

 

핵융합 발전에 헬륨 3가 언급되는 이유

인공태양과 같은 무한한 에너지를 만들기 위해서는 현재 과학기술로 핵융합 발전을 얘기하고 있습니다. 핵융합 발전은 1억 도가 넘는 초고온과 높은 압력이 있는 환경에서 수소 원자핵들이 융합하면 헬륨 원자핵으로 바뀌는데 이때 줄어드는 질량만큼 에너지가 방출되며 이때의 에너지로 전기를 생산할 수 있습니다. 핵융합 발전으로 제어가 가능하게 하기 위해서는 중수소+삼중수소 조합과 중수소+헬륨 3 조합이 필요합니다

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• 중수소 + 삼중수소 조합 : 중수소(질량2, 양성자1 + 중성자1)와 삼중수소(질량3, 양성자1+중성자2)를 결합하면 중성자 하나만 남고 이때 질량이 감소하는 만큼 엄청난 에너지가 발생됩니다. 고준위 방사성은 없으며 저준위 방사성 물질만 부산물로 나옵니다.
• 중수소 + 헬륨 3  조합 : 중수소(질량2, 양성자1 + 중성자1) + 헬륨 3(질량3, 양성자2+중성자1)를 융합하면 일반 헬륨과 양성자 1개가 남으며 이때 질량이 감소하는 만큼 엄청난 에너지가 발생됩니다.(일반 헬륨은 양성자 2개와 중성자 2개입니다.) 그 에너지는 방사성 물질이 전혀 없는 완전한 친환경 에너지 입니다.

 

그나마 반응하기 쉬운 중수소, 삼중수소, 헬륨 3을 재료로 사용해야 하는 까다로움이 있으며, 지구상에서 쉽게 구할 수 있는 물질이 아니기 때문에 아직까지는 현실성이 떨어집니다.

• 중수소 : 바닷물에서 추출할 수 있는 물질입니다.
• 삼중수소 : 지구에는 거의 없으며, 원전 폐기물에서 추출해야 하기 때문에 비용 및 위험 등에 문제가 뒤 따릅니다.
• 헬륨 3 : 지구상에는 존재하지 않으며, 달에 풍부하게 매장되어 있습니다. 

 

핵융합 발전의 연료로 사용하게 되면 방사성 폐기물이 나오지 않아 친환경적입니다. 따라서, 삼중수소를 대체할 수 있는 헬륨 3가 핵융합발전의 재료로 언급되고 있으며, 최근 들어 달탐사 등 우주산업이 각광받고 있는 이유이기도 합니다. 다만 아직까지도 핵융합 발전은 초고온, 고압의 환경을 제어할 수 있는 기술이 부족하여 상용화에는 시간이 걸릴것으로 보고 있습니다.

 

 

 

헬륨 3의 가치

핵융합 발전의 재료로 헬륨 3가 사용되면 그 가치는 인류가 수세기 동안 에너지걱정이 없을 것으로 과학자들은 예상하고 있습니다. 실제 헬륨 3 1g이면 석탄 40톤과 맞먹는 에너지를 확보할 수 있으며, 달에 묻혀 있는 헬륨 3을 지구로 가져온다면 수천 년은 에너지 걱정이 없다는 예상을 하고 있습니다.

• 헬륨 3을 핵융합 발전의 연료로 사용하면 무한한 잠재력을 가진 친환경 에너지로 사용할 수 있습니다.
• 일반적인 헬륨보다 끓는점이 낮아 극저온에 유리하며, 중성자 검출기 등 기타 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 

핵융합 발전의 궁극적인 목표는 바다에서 구할 수 있는 중수소와 중수소끼리 융합하여 제어하는 기술을 확보하여 지구안에서 무한한 에너지를 확보하는 것입니다.