핵융합(核融合)

최근(最近) 수정(修正) 시각(時刻): 2024-05-25 12:06:43

분류(分類)

핵융합(核融合)

[ 펼치기 · 접기 ]

기반(基盤)	질량(質量)-에너지 등가원리(等價原理)
	학문(學問)	양자역학(量子力學) ( 양자장론(兩者章論) ) · 상대성(相對性) 이론(理論) · 전자기학(電磁氣學) · 통계역학(統計力學) · 고전역학(古典力學)
원자핵(原子核) 구조(救助)	강입자(强粒子) ( 양성자(陽性子) · 중성자(中性子) · 쿼크 ) · 전자(電子) · 표준모형(標準模型)
모형(模型) 및 정식화(定式化)	보어의 원자모형(原子模型) · 파인만 다이어그램 ( 전파인자(傳播人者) ) · 핵반응(核反應) 수율(收率) 공식(公式) · 수소(水素) 원자(原子) 모형(模型)
현상(現象)	안정성(安定性)의 섬 · 방사선(放射線) · 핵붕괴(核崩壞) ( 알파 붕괴(崩壞) · 베타 붕괴(崩壞) · 감마 붕괴(崩壞) · 반감기(半減期) ) · 오비탈 · 쌓음 원리(原理) · 훈트 규칙(規則) · 섭동(攝動) ( 스핀 - 궤도(軌道) 결합(結合) · 제이만 효과(效果) · 슈타르크 효과(效果) ) · 동위원소(同位元素) · 결합(結合) 에너지 · 핵분열(核分裂) · 핵융합(核融合) · 핵력(核力) · 핵합성(核合成) ( 양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄(連鎖) 반응(反應) )
응용(應用)	원자력공학(原子力工學) ( 원자력발전(原子力發電) ) · 핵무기(核武器) ( 핵개발(核開發) ) · 방사선의학(放射線醫學)

원자력공학(原子力工學)
Nuclear Engineering

[ 펼치기 · 접기 ]

기반(基盤) 학문(學問)
물리학(物理學) ( 핵물리학(核物理學) · 상대성(相對性) 이론(理論) · 양자역학(量子力學) · 열역학(熱力學) · 물리화학(物理化學) · 통계역학(統計力學) ) · 수학(數學) ( 수치해석학(數値解析學) · 미분방정식(微分方程式) · 통계학(統計學) )
기술(技術)
핵분열(核分裂) 및 핵분열(核分裂) 발전(發展)	사이클로트론 · 원자로(原子爐) · 핵연료(核燃料) · 감속재(減速材) · RBMK · 경수로(輕水爐) · 중수(中手)로 · PWR · PHWR · BWR · 증식로(增殖爐) · TBR · FBR · System 80 · CANDU · OPR1000 · APR1400 · APR+ · ECCS · Magnox · ACR · MCP · MCG · MELCOR · PUREX · VVER · 파이로프로세싱 · 원자폭탄(原子爆彈) · 더티밤 · 폭(幅)축렌즈
핵융합(核融合) 및 핵융합(核融合) 발전(發展)	사이클로트론 · Lawson Criterion · Flux Loop · NBI · Langmuir probe · 자기장(磁氣場) 가둠 핵융합로(核融合爐) · Magnetic Mirror · 토카막 (구형(舊型) 토카막) · 스텔러레이터 · bumpy torus · Tandem Mirror · Spheromak · RFP · 관성(慣性) 가(街)둠식(式) 핵융합로(核融合爐) · ICF · Fast Ignition · 레이저 빛 핵융합로(核融合爐) · 정전(停戰) 핀치식(式) 핵융합로(核融合爐) · Z-핀치 식(式) 핵융합로(核融合爐) · θ-Pinch 식(式) 핵융합로(核融合爐) · 스크류 핀치식(式) 핵융합로(核融合爐) · 관성(慣性) &정전식(靜電式) 핵융합로(核融合爐) · Fusor · MTF · MIF · MagLIF · Levitated Dipole · 거품핵융합로(核融合爐) · 뮤온 촉매(觸媒) 핵융합로(核融合爐) · 상온(常溫) 핵융합로(核融合爐) · 수소폭탄(水素爆彈) (열핵폭탄(熱核爆彈)) · 폭(幅)축렌즈 · 텔러-울람 설계(設計)
방사선(放射線) 전달(傳達) 전산(電算) 모사(模寫)	몬테카를로 코드 · MCNP · MCNPX · Geant4 · Serpent · FLUKA · PENELOPE
방사선(放射線)의과학	영상의학(映像醫學) · CT · X선(線) · PET · SPECT · MRI · 핵의학(核意學) · 양성자치료(陽性子治療)
기타
국제원자력기구(國際原子力機構) · 한국수력원자력(韓國水力原子力) · 한국원자력연구원(韓國原子力硏究院) · 한국핵융합(韓國核融合)에너지연구원(硏究院) ( KSTAR ) · 원자력(原子力) 사고(事故) · 탈원전(脫原電) ( 탈원전(脫原電)/대한민국(大韓民國) )

천문학(天文學)
Astronomy

[ 펼치기 · 접기 ]

배경(背景)
기본(基本) 정보(情報)	우주(宇宙) · 천체(天體)
천문사(天文社)	고천문학(文學) · 천동설(天動說) · 지동설(地動說) · 첨성대(瞻星臺) · 혼천의(渾天儀) · 간(間)의 · 아스트롤라베 · 올베르스의 역설(逆說) · 대논쟁(大論爭) · 정적(政敵) 우주론(宇宙論) · 정상우주론(定常宇宙論)
천문학(天文學) 연구(硏究)	천문학(天文學)과 · 천문학자(天文學者) · 우주덕(宇宙德) · 천문법(天文法) · 국제천문연맹(國際天文聯盟) · 한국천문학회(韓國天文學會) · 한국우주과학회(韓國宇宙科學會) · 한국(韓國)아마추어천문학회(天文學會) ( 천문지도사(天文誌道士) ) · 우주항공청(宇宙航空廳) ( 한국천문연구원(韓國天文硏究院) · 한국항공우주연구원(韓國航空宇宙硏究院) ) · 한국과학우주청소년단(韓國科學宇宙靑少年團) · 국제천문(國際天文)올림피아드 · 국제(國際) 천문(天文) 및 천체물리(天體物理) 올림피아드 · 아시아-태평양(太平洋) 천문(天文)올림피아드 · 한국천문(韓國天文)올림피아드 · 전국학생천체관측대회(全國學生天體觀測大會) · 전국청소년천체관측대회(全國靑少年天體觀測大會)
천체물리학(天體物理學)
천체역학(天體力學)	궤도(軌道) · 근일점(近日點) · 원일점(遠日點) · 자전(自轉) ( 자전(自轉) 주기(週期) ) · 공전(空轉) ( 공전(公轉) 주기(週期) ) · 중력(重力) ( 무중력(無重力) ) · 질량중심(質量中心) · 이체(移替) 문제(問題) ( 케플러의 법칙(法則) · 활력방정식(活力方程式) · 탈출(脫出) 속도(速度) ) · 삼체문제(三體問題) ( 라그랑주점(點) · 리사주 궤도(軌道) · 헤일로 궤도(軌道) · 힐 권(卷) ) · 중력섭동(重力攝動) ( 궤도(軌道) 공명(公明) · 세차운동(歲差運動) · 장동(章動) · 칭동(秤動) ) · 기조력(起潮力) ( 조석 · 평형(坪型)조석론 · 균형(均衡)조석론 · 동주기(東柱機) 자전(自轉) · 로슈 한계(限界) ) · 비(非)리얼 정리(整理)
궤도역학(軌道力學)	치올코프스키 로켓 방정식(方程式) · 정지궤도(靜止軌道) · 호만전이궤도(轉移軌道) · 스윙바이 · 오베르트 효과(效果)
전자기파(電磁氣波)	흑체복사(黑體輻射) · 제동복사(制動輻射) · 싱크로트론복사(輻射) · 스펙트럼 · 산란(産卵) · 도플러 효과(效果) ( 적색(赤色)편이 · 상대론적(相對論的) 도플러 효과(效果) ) · 선폭(船幅) 증가(增加) · 제이만 효과(效果) · 편광(偏光) · 수소선(水素線) · H-α 선
기타 개념(槪念)	핵합성(核合成) ( 핵융합(核融合) ) · 중력파(重力波) · 중력(重力) 렌즈 효과(效果) · 레인-엠든 방정식(方程式) · 엠든-찬드라세카르 방정식(方程式) · 톨만-오펜하이머-볼코프 방정식(方程式) · 타임 패러독스
위치천문학(位置天文學)
구면천문학(球面天文學)	천구(天球) 좌표계(座標界) · 구면삼각형(球面三角形) · 천구적도(天球赤道) · 자오선(子午線) · 남중(南中) 고도(高度) · 일출(日出) · 일몰(日沒) · 북극성(北極星) · 주극성(周極星) · 24절기(節氣) ( 춘분(春分) · 하지 · 추분(秋分) · 동지(同志) ) · 극야(極夜) · 백야(白夜) · 박명(薄明)
시간(時間) 체계(體系)	태양일(太陽日) · 항성일(恒星日) · 회합(會合) 주기(周忌) · 태양(太陽) 중심(中心) 율리우스일(日) · 시간대(時間帶) · 시차(時差) · 균시차(均時差) · 역법(曆法)
측성학(測星學)	연주운동(年周運動) · 거리의 사다리 ( 연주시차(年周視差) · 천문단위(天文單位) · 광년(光年) · 파섹 )
천체관측(天體觀測)
관측기기(觀測機器) 및 시설(施設)	천문대(天文臺) · 플라네타리움 · 망원경(望遠鏡) ( 쌍안경(雙眼鏡) · 전파(電波) 망원경(望遠鏡) · 간섭계(干涉計) · 공중(空中) 망원경(望遠鏡) · 우주(宇宙) 망원경(望遠鏡) ) · CCD ( 냉각(冷却) CCD ) · 육분의(六分儀)
관측(觀測) 대상(對象)	별자리 ( 황(黃)도 12궁(宮) · 3원 28수(修) · 계절별(季節別) 별자리 ) · 성도(聖徒) · 알파성 · 딥 스카이 · 천체(天體) 목록(目錄) ( 메시에 천체(天體) 목록(目錄) · 콜드웰 천체(天體) 목록(目錄) · 허셜 400 천체(天體) 목록(目錄) · NGC 목록(目錄) · Arp 목록(目錄) · 글리제의(提議) 근접(近接) 항성(恒星) 목록(目錄) · 밝은 별 목록(目錄) ) · 스타호핑법(法) · 엄폐(掩蔽)
틀:태양계천문학(太陽系天文學)·행성과학(行星科學) · 틀:항성(恒星) 및 은하천문학(銀河天文學)·우주론(宇宙論) · 천문학(天文學) 관련(關聯) 정보(情報)

1 . 개요(槪要) 2 . 원리(原理)

2.1 . 예시(例示)

3 . 항성(恒星) 의 핵융합(核融合) 반응(反應)

3.1 . 양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄(連鎖) 반응(反應) 3.2 . CNO 순환(循環) 3.3 . 삼중(三重)알파과정(過程) 3.4 . 탄소(炭素) 연소(燃燒) 과정(過程) 3.5 . 산소(酸素) 연소(燃燒) 과정(過程) 3.6 . 네온 연소(燃燒) 과정(過程) 3.7 . 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程) 3.8 . 중성자(中性子) 포획(捕獲) 3.9 . 양성자(陽性子) 포획(捕獲)

4 . 인공(人工)의 핵융합(核融合) 반응(反應)

4.1 . 핵융합(核融合) 발전(發展) 4.2 . 수소폭탄(水素爆彈) 4.3 . 관성(慣性) 정전(停戰) 가둠 4.4 . 음파(音波) 발광(發光) 4.5 . 뮤온 촉매(觸媒) 4.6 . 초전(初戰) 4.7 . 스핀 편극(偏極) 4.8 . 입자(粒子) 가속(加速) 4.9 . 충격(衝擊) 점화(點火)

5 . 여담(餘談)

1. 개요(槪要) [편집(編輯)]

核融合 / nuclear fusion

핵융합(核融合) 은 고(高)에너지의 플라즈마 상태(狀態)에서 원자핵(原子核) 들이 융합(融合)되어 더 무거운 원자핵(原子核)이 되는 반응(反應)을 말한다. 이때 질량손실(質量損失)되면서 발생(發生)하는 막대(莫大)한 에너지 또한 그 부산물(副産物)이다. 핵융합(核融合) 보다 더 큰 의미(意味)로 핵합성(核合成) 이라는 단어(單語)도 있다.

2. 원리(原理) [편집(編輯)]

원자(原子) 는 양성자(陽性子), 중성자(中性子)로 이루어진 원자핵(原子核)과 그 주위(周圍)에 구속(拘束)된 전자(電子)로 이루어진다. 원자(原子)에 종속(從屬)된 전자(電子)는 외부(外部)의 에너지를 받으면 가장자리에서부터 차례(次例)로 떨어져 나가는데, 이렇게 떨어져 나간 전자(電子)를 자유전자(自由電子)라고 한다. 원자(原子)에 가(加)해지는 에너지의 양(量)이 충분히(充分히) 막대(莫大)하여, 원자(原子)에 종속(從屬)된 모든 전자(電子)가 떨어져 나갈 수 있을 정도(程度)가 된다면, 원자(元子)는 전자(電子)를 방출(放出)하고 양(兩) 전하(殿下) 를 띠는 원자핵(原子核)이 홀로 존재(存在)하게 된다. 이렇게 원자핵(原子核)과 전자(電子)가 분리(分離)된 상태(狀態)를 플라즈마 라 한다.

에너지가 낮다면 이 원자핵(原子核)들 사이에 전자기력(電磁氣力) 에 의(依)한 척력(斥力)(Coulomb barrier, 쿨롱 장벽(障壁))이(李) 작용(作用)해 서로 결합(結合)할 수가 없다. 하지만 원자핵(原子核)이 입자가속기(粒子加速器)와 같은 수단(手段)으로 엄청난 속도(速度)로 가속된 뒤 다른 입자(粒子)에 충돌(衝突)하거나 [1] 초고온(超高溫)으로 가열(加熱)되어 원자핵(原子核)들의 에너지가 매우 높아지면 [2] 원자핵(原子核)들 사이의 거리(距離)가 좁혀지게 되고, 이렇게 원자(原子)가 충분히(充分히) 가까워지면 그 이후(以後)부터는 강(强)한 상호작용(相互作用) 이 작용(作用)해 원자핵(原子核)이 서로 결합(結合)하게 된다. 이때, 원자핵(原子核)들의 평균(平均) 에너지가 쿨롱 장벽(障壁)을 뛰어넘을 만큼 충분히(充分히) 높지 못한 경우(境遇)에도, 맥스웰-볼츠만 분포(分布) 에 의(依)해 소수(少數)나마 존재(存在)하는 고(高)에너지의 원자핵(原子核)들이나 낮은 확률(確率)로 일어나는 양자(兩者) 터널링을 통해서도 핵융합(核融合) 반응(反應)이 일어날 수 있다. 항성에서도 이 때문에 이를 몰랐을 때 예상(豫想)했던 것보다 핵융합(核融合)이 더 쉽게, 많이 일어난다.

이런 결합(結合) 반응(反應)을 핵융합(核融合)이라 하는데, 이때 일부(一部) 원자핵(原子核)은 핵자당(核子當) 결합(結合)에너지가 커져 핵자당(核子當) 질량(質量)이 작아지고, 충돌(衝突)하기 전(前) 두 원자핵(原子核)을 합친 질량(質量)보다 생성(生成)된 원자핵(原子核)의 질량(質量)이 더 작은데, 그 질량(質量)의 차(差)만큼 질량(質量)-에너지 동등성(同等性) 에 따라 에너지가 발생(發生)한다. 보통(普通) 이 에너지는 핵융합(核融合) 반응(反應)의 부산물(副産物)이 가진다. [3]

항성(恒星)은 플라즈마 가 구(舊) 모양(模樣)으로 뭉친 덩어리라고 할 수 있다. 중력(重力)은 전자기력(電磁氣力)이나 핵력(核力)에 비해 매우 약(弱)한, 가장 약(弱)한 힘이지만 막대(莫大)한 질량(質量)으로 이를 이겨낸다. 때문에 엄청난 무게에 짓눌린 태양(太陽)의 핵(核)은 매우 높은 압력(壓力)을 받게 되어 밀도(密度)가 높아지고 그에 따라 온도(溫度)도 높아져 핵융합(核融合)이 일어날 수 있다. 사실(事實) 태양(太陽) 핵(核)의 온도(溫度)는 지구(地球)에서 핵융합(核融合)이 일어나는 데 필요(必要)한 수억(數億) 도(道)에 비해 훨씬 낮은 온도(溫度)인 1,500만(萬) K 정도(程度)에 불과(不過)하다. 그러나 2,600억(億) 기압(氣壓)이라는 높은 압력(壓力) 덕분(德分)에 온도(溫度)가 높지 않더라도 원자핵(原子核)들끼리의 충돌(衝突)이 잦고 양자(兩者) 터널링도(度) 잦아 안정적(安定的)으로 핵융합(核融合)이 일어날 수 있다. 이를 중력(重力) 가둠 핵융합(核融合)이라고 하며 항성(恒星)의 종류(種類)와 나이에 따라 양성자(陽性者)-양성자(陽性子) 체인 반응(反應), CNO 사이클, 삼중(三重) 알파 과정(過程) 등(等)의 다양한 핵융합(核融合) 반응(反應)이 일어난다. 대부분(大部分) 항성(恒星)의 핵융합(核融合)은 가장 가벼운 연료(燃料)인 양성자(陽性子)(수소(水素))부터 시작(始作)해 Fe-56이 만들어질 때까지 일어나게 된다. 이후(以後)부턴 핵자당(核子當) 질량(質量)이 늘어나 에너지를 흡수(吸收)해야 핵융합(核融合)되어 일어나기 때문에 매우 어렵다. 하지만 질량(質量)이 극단적(極端的)으로 크다면, S-과정(過程)이 일어나 Bi-209 원자핵(原子核)까지 만들어낼 수 있다.

가벼운 원자핵(原子核)이 합쳐져 더 안정(安定)한 무거운 원자핵(原子核)이 될 때 핵자당(核自黨) 결합(結合)에너지가 증가(增加)하는데, 결합(結合)에너지는 질량(質量)의 일부(一部)가 사용(使用)되어 핵자당(核自黨) 질량(質量)이 감소(減少)하게 된다. 똑같이 무거운 원자핵(原子核)이 핵분열(核分裂)하여 더 안정(安定)한 가벼운 원자핵(原子核)이 될 때, 핵자당(核自黨) 질량(質量)이 감소(減少)한다. 이렇게 핵반응(核反應)에서 질량결손(質量缺損)이 생겨 에너지가 방출(放出)되는 것이다. 가벼운 원자핵(原子核)이 핵융합(核融合)할 때 에너지를 방출(放出)하고 핵분열하려면 에너지를 흡수(吸收)해야 하며, 무거운 원자핵(原子核)이 핵융합하려면 에너지를 흡수(吸收)해야 하고 핵분열(核分裂)하면 에너지를 방출(放出)하는 이유(理由)이기도 하다.

핵자당(核子當) 결합(結合)에너지가 가장 높아 가장 안정적(安定的)인 원자핵(原子核)인 Fe-56은 핵자당(核子當) 질량(質量)이 가장 작다. 때문에 Fe-56이 핵융합하거나 핵분열하려면 에너지를 흡수(吸收)해야 하고, Fe-56으로 핵융합(核融合)하거나 핵분열(核分裂)하면 에너지를 방출(放出)하는데, 상대적(相對的)으로 주변(周邊) 원소(元素)들에 비(比)해 존재비(存在比)가 높은 이유(理由)이기도 하다. 핵자당(核子當) 결합(結合)에너지 그래프 참조(參照)

우주(宇宙) 탄생(誕生) 초기(初期) 우주(宇宙)의 온도(溫度)는 아주 높았다. 수소(水素) 원자(原子)가 생성(生成)된 후(後) 평균(平均) 온도(溫度)가 핵융합(核融合)할 수 없을 정도(程度)로 되었을 때까지 핵융합(核融合)을 계속(繼續)해 왔다. 때문에 우주(宇宙) 원소(元素)들의 성분비도(成分比度) 여기에 맞춰서 수소(水素)가 가장 많고 그 다음은 헬륨, 탄소(炭素), 산소(酸素) 순(巡)이 되었다. 이유(理由)는 항성(恒星)의 핵융합(核融合) 반응(反應) 문단(文段)을 보면 알 수 있을 것이다. [4]

2.1. 예시(例示) [편집(編輯)]

존재(存在)하는 원소(元素)들의 대부분(大部分)은 핵융합(核融合) 과정(過程)으로 형성(形成)된다. 주계열성(主系列星) 은 수소(水素) 핵융합(核融合) 반응(反應)을 통해 에너지를 만든다. 별이 늙어가며 내부(內部)의 수소(水素)를 거의 다 쓰고 내부(內部) 온도(溫度)가 1억(億) K에 도달(到達)하게 되면, 헬륨 핵융합(核融合) 반응(反應)을 일으키며 베릴륨-8을 거쳐 탄소(炭素)를 만들어낸다. 이후(以後)에는 탄소(炭素), 네온, 마그네슘, 산소(酸素) 반응(反應)을 거치며 별의 중심(中心) 온도(溫度)가 27억(億)~35억(億) 켈빈에 도달(到達)하게 되고, 최후(最後)의 핵융합(核融合) 반응(反應)인 규소(硅素) 핵융합(核融合) 반응(反應)을 시작(始作)한다. 이 과정(過程)에서 황(黃), 아르곤, 칼슘, 타이타늄, 크로뮴, 철(鐵), 니켈 원자핵(原子核)이 만들어진다. 이렇게 생성(生成)된 니켈-56은 방사성(放射性) 붕괴(崩壞)를 일으켜 철-56으로 변(變)한다. 철-56 이후(以後)로는 핵융합(核融合) 반응(反應)을 하면 에너지를 소모(消耗)하게 되어(흡열 반응(反應)), 별의 중력(重力)이 외부(外部)를 끌어당겨 수축(收縮)하는데 이때 엄청난 열(熱)이 발생(發生)하여 중심핵(中心核)의 외피(外皮) 부근(附近)에 폭발적(暴發的) 핵반응(核反應)이 일어나면서 별 전체(全體)가 폭발(爆發)한다. 이것이 초신성(超新星) 이다.

태양(太陽)과 비슷하거나 그보다 작은 항성(恒星)에서 이루어지는 수소(水素)와 수소(水素)의 핵융합(核融合)을 간략(簡略)하게 설명(說明)하면 다음과 같다.

수소(水素) 원자(原子) 가 두 개(個) 있다. 수소(水素) 원자(原子)는 양성자(陽性子) 하나와 전자(電子) 하나로 구성(構成)되었으니, 양성자(陽性子) 두 개(個)와 전자(電子) 두 개(個)라는 재료(材料)가 주어진 셈이다.
수소(水素) 원자(原子)를 이온화(이온化)시켜 전자(電子)와 원자핵(原子核)을 분리(分離)한다.
주어진 재료(材料)를 있는 힘껏 충돌(衝突)시킨다(여기에 필요(必要)한 에너지는 항성(恒星)을 구성(構成)하는 물질(物質)을 압축(壓縮)하고 가열(加熱)하는 중력(重力)이나 양자(養子)터널링에서 얻는다).
전자기력(電磁氣力)에 의(依)해 척력(斥力)만 받는(중력, 약(弱)한 상호작용(相互作用)은 일단(一旦) 논외(論外)) 전자(前者)와는 달리, 양성자(陽性者)들은 강(剛)한 힘으로 억지로 붙이면 강(强)한 상호작용(相互作用)으로 서로 끌어당긴다. 하지만 양성자(陽性子) 두 개(個)는 불안정(不安定)하다. 고로(故로) 안정화(安定化)되어야 한다.
이들이 서로 충돌(衝突)할 때, 일정량(一定量)의 에너지를 가진다(두 양성자(陽性子)가 충돌(衝突) 전(前)에 가지고 있던 운동(運動)에너지). 그 중(中) 일부(一部)를 양성자(陽性子) 하나가 흡수(吸收)한다. 이제 고(高)에너지상태(狀態)로 불안정(不安定)해진 양성자(陽性子)는 약(弱)한 상호작용(相互作用) 으로 인한 베타붕괴(崩壞)로 인해서 양전자(陽電子) 와 중성미자(中性微子) 를 뱉어내면서 [5] 더 무거운 중성자(中性子) 가 된다. [6]
중성미자(中性微子)는 그대로 멀리 날아간다. 이 중성미자(中性微子)가 얼마만큼의 에너지를 낸다.
+전하(電荷)를 띤 양전자(陽電子)는 주어진 두 개(個)의 전자(電子) 중(中) 하나와 합쳐진다. 그런데 양전자(陽電子)는 반물질(反物質) 이다. 고로(故로) 전자(電子)와 양전자(陽電子)가 충돌(衝突)하여 쌍소멸(雙消滅)하면서 전자(電子) 두 개(個) 분량(分量)의 에너지를 감마선 [7] 의 형태(形態)로 방출(放出)한다.
결국(結局) 양성자(陽性子) 하나와 중성자(中性子) 하나와 전자(電子) 하나가 나온다. 그리고 어느 정도(程度) 에너지를 갖고 튀어 나간 전자(電子) 중성미자(中性微子)와 전자(電子)와 양전자(陽電子)가 충돌(衝突)하면서 에너지를 방출(放出)한다.

{}_{1}^{1}\mathrm{H} + {}_{1}^{1}\mathrm{H} = {}_{1}^{2}\mathrm{H}

[8]

+ e^{+} + ν_{e}

{}_{1}^{2}\mathrm{H} + {}_{1}^{1}\mathrm{H} = {}_{2}^{3}\mathrm{He} + \gamma + {\sf energy}

{}_{2}^{3}\mathrm{He} + {}_{2}^{3}\mathrm{He} = {}_{2}^{4}\mathrm{He} + {}_{1}^{1}\mathrm{H} + {}_{1}^{1}\mathrm{H} + {\sf energy}

e^{-} + e^{+} = 2\gamma + {\sf energy}

원자핵(原子核)이 가진 위치(位置)에너지가 열에너지로 전환(轉換)되는 과정(過程)이다. 이때 계(系)의 질량(質量)-에너지는 보존(保存)되며 엔트로피는 증가(增加)한다.

반대(反對)로 철보다 무거운 원자핵(原子核)들은 척력(斥力)을 이길 뿐만 아니라 융합(融合) 과정(過程)에서 소모(消耗)하는 에너지까지 공급(供給)해줘야 한다. 그러므로 더더욱 많은 에너지를 투입(投入)해야만 하기 때문에 무거운 방사성(放射性) 동위원소(同位元素)를 만들 때는 입자가속기(粒子加速器)나 초신성(超新星)과 비슷한 환경하(環境下)에 막대(莫大)한 에너지를 가(加)해줘야 한다. [9] 무거운 원자핵(原子核)들은 융합(融合)할 때보다 분열(分裂)할 때 에너지를 더 많이 방출(放出)하며 우라늄이 분열(分裂)하면서 방출(放出)하는 에너지가 그 예시(例示)다. 이게 핵분열(核分裂) 이다. 우주(宇宙)에서도 일반적(一般的)인 항성(恒星)에서는 철보다 무거운 입자(粒子)는 융합(融合)하지 못한다. 융합(融合)되면 일반적(一般的)이지 않은 항성(恒星)의 S-과정(過程)이나 초신성(超新星) 이라고 파악(把握)되는 편(便).

3. 항성(恒星) 의 핵융합(核融合) 반응(反應) [편집(編輯)]

? 자세(仔細)한 내용(內容)은 핵합성(核合成) 문서(文書) 참고(參考)하십시오.

항성(恒星) 에서 일어나는 실제(實際) 순서(順序)에 따른 것이며, 다음 과정(過程)으로 넘어갈수록 반응(反應)이 짧게 일어난다. (양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄반응(連鎖反應)은 항성(恒星) 질량(質量)에 따라 수억(數億)~17조(兆) 5000억(億) 년(年), 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程)은 수십분(數十分) 정도(程度))

3.1. 양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄(連鎖) 반응(反應) [편집(編輯)]

원시별(原始별)과 주계열성(主系列星) 의 중심핵(中心核), 적색거성(赤色巨星) 과 청색왜성(靑色矮星) 의 중심부(中心部) 바깥에서 일어나며, 양성자(陽性子) 6개(個)가 참여(參與)해 He-4 원자핵(原子核)이 만들어진다.

양성자(陽性子)가 베타붕괴(崩壞)로 중성자(中性子)로 바뀌고 양전자(陽電子)가 방출(放出)된다.
중성자(中性子)와 양성자(陽性子)가 융합(融合)되어 중수소(重水素) 원자핵(原子核)이 만들어진다.
중수소(重水素) 원자핵(原子核)이 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 He-3 원자핵(原子核)이 만들어진다.
1~3의 과정(過程)이 반복(反復)되어 He-3 원자핵(原子核) 2개(個)가 만들어진다.
헬륨-3 원자핵(原子核) 2개(個)가 핵융합(核融合)되어 He-4 원자핵(原子核)을 만들어내고 양성자(陽性子) 2개(個)는 부산물(副産物)로 남는다.

초기(初期) 질량(質量)이 태양(太陽) 질량(質量)의 0.5배(倍) 이하(以下)인 적색왜성(赤色矮星) 들은 다음 단계(段階)인 삼중(三重)알파과정(過程)으로 넘어가지 못하고 여기서 끝나며, 헬륨 백색왜성(白色矮星)이 된다.

3.2. CNO 순환(循環) [편집(編輯)]

탄소(炭素)와 산소(酸素), 질소(窒素)가 반응(反應) 중간(中間) 과정(過程)에서 서로 변환되며 촉매(觸媒) 로 작용(作用)하는 수소(水素) 핵융합(核融合)의 방식(方式)이다. 일정(一定) 온도(溫度) 이상(以上)에서 양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄(連鎖) 반응(反應)에 비해 더 빠른 반응속도(反應速度)를 가지기 때문에 질량(質量)이 태양(太陽)의 1.3배(倍) 이상(以上)인 주계열성(主系列星)에서는 CNO 순환(循環)이 주(株) 에너지 생성(生成) 방식(方式)이 된다. 다만 이 반응(反應)에 사용(使用)되는 탄소(炭素)와 산소(酸素), 질소(窒素)는 주계열성(主系列星) 단계(段階)에서는 생성(生成)될 수 없기 때문에 항성(恒星)이 이전(以前) 세대(世代)로부터 물려받은 중원소(重元素)(천문학(天文學)에서의 금속(金屬))를 이미 가지고 있어야 한다. 빅뱅 직후(直後) 만들어진 1세대(世代) 항성(恒星)들은 중원소(重元素)가 없었기 때문에 양성자(陽性子)-양성자(陽性子) 연쇄(連鎖) 반응(反應)과 삼중(三重)알파과정(過程)으로 중원소(重元素)를 만든 뒤에 CNO 순환(循環)을 일으키는 특이(特異)한 방식(方式)으로 진화(進化)하였다.

C-12 원자핵(原子核)이 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 N-13 원자핵(原子核)이 만들어진다.
N-13 원자핵(原子核)은 불안정(不安定)해 양전자(陽電子)와 전자(電子) 중성미자(中性微子)를 방출(放出)하고 C-13 원자핵(原子核)이 된다.
C-13 원자핵(原子核)이 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 N-14 원자핵(原子核)이 만들어지고 에너지를 방출(放出)한다. (이때 만들어지는 N-14가(街) 지구(地球) 대기(大氣)의 대부분(大部分)을 차지한다.)
N-14 원자핵(原子核)이 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 O-15 원자핵(原子核)이 만들어지고 에너지를 방출(放出)한다.
O-15 원자핵(原子核)은 불안정(不安定)해 양전자(陽電子)와 전자(電子) 중성미자(中性微子)를 방출(放出)하고 N-15 원자핵(原子核)이 된다.
N-15 원자핵(原子核)이 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 C-12 원자핵(原子核)이 만들어지고 부산물(副産物)로 헬륨-4 원자핵(原子核)이 남는다.

CNO 순환(循環)을 포함(包含)한 상위(上位) 단계(段階)의 반응(反應)은 온도(溫度)에 매우 민감(敏感)하기 때문에 실질적(實質的)으로 에너지가 생성(生成)되는 영역(領域)이 항성(恒星) 중심부(中心部)의 매우 좁은 구역(區域)으로 한정(限定)된다. 여기서 발생(發生)하는 높은 온도차(溫度差)로 인해 질량(質量)이 큰 항성(恒星)은 태양(太陽)과 달리 대류(對流) 하는 핵(核)을 가진다.

3.3. 삼중(三重)알파과정(過程) [편집(編輯)]

적색거성(赤色巨星) 의 중심부(中心部)에서 일어나며, He-4 원자핵(原子核) 3개(個)가 융합(融合)되어 탄소(炭素)-12 원자핵(原子核)이 만들어진다.

He-4 원자핵(原子核) 2개(個)가 핵융합(核融合)되어 Be-8 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Be-8 원자핵(原子核)은 매우 불안정(不安定)해 다시 He-4 원자핵(原子核) 둘로 붕괴(崩壞)된다. (이 과정(過程)으로 인해 병목현상(甁목現象)이 유발(誘發)된다.)
Be-8 원자핵(原子核)이 붕괴(崩壞)되기 전(前) He-4 원자핵(原子核)과 곧바로 핵융합(核融合)되어 C-12 원자핵(原子核)이 만들어진다. (이때 만들어지는 C-12가(街) 지구(地球)의 탄소(炭素)의 대부분(大部分)을 차지한다.)

이 과정(過程)을 거치면 별은 점점(漸漸) 커지며, 미래(未來) 태양(太陽)은 이 과정(過程)을 거칠 것이다. 초기질량(初期質量)이 태양(太陽)의 0.5배(倍)보다 크지만 8배(倍)에 미치지 못한다면 태양(太陽) 질량(質量) 이하(以下)인 탄소(炭素)-산소(酸素) 백색왜성(白色矮星)이 된다.

3.4. 탄소(炭素) 연소(燃燒) 과정(過程) [편집(編輯)]

초기질량(初期質量)이 태양(太陽)보다 약(約) 8배(倍) 이상(以上)인 항성(恒星)에서 일어나며, C-12 원자핵(原子核) 2개(個)가 핵융합(核融合)되어 높은 확률(確率)로 Ne-20와 He-4 원자핵(原子核)이 만들어지거나, 낮은 확률(確率)로 Mg-24 원자핵(原子核)이 만들어지거나, 다른 원자핵(原子核)이 만들어진다.

이 과정(過程)에 이르면 적색초거성(赤色超巨星) 으로 진화(進化)하며, 질량(質量)이 태양(太陽)의 1.3배(倍) 이상(以上)인 산소(酸素)-네온-마그네슘 백색왜성(白色矮星)은 이렇게 만들어진다.

3.5. 산소(酸素) 연소(燃燒) 과정(過程) [편집(編輯)]

초기질량(初期質量)이 태양(太陽)보다 약(約) 12배(倍) 이상(以上)인 항성(恒星)에서 네온 연소(燃燒) 과정(過程)보다 빨리 일어나며, O-16 원자핵(原子核) 2개(個)가 핵융합(核融合)되어 높은 확률(確率)로 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 P-31 원자핵(原子核)이 만들어지거나, 낮은 확률(確率)로 Si-30 원자핵(原子核)과 부산물(副産物)로 양성자(陽性子) 2개(個)가 만들어지거나, 다른 원자핵(原子核)이 만들어진다.

3.6. 네온 연소(燃燒) 과정(過程) [편집(編輯)]

초기질량(初期質量)이 태양(太陽)보다 약(約) 12배(倍) 이상(以上)인 항성(恒星)에서 산소(酸素) 연소(燃燒) 과정(過程)과 함께 일어나며, Ne-20 원자핵(原子核)이 높은 확률(確率)로 He-4 원자핵(原子核)과 핵융합(核融合)거나, 낮은 확률(確率)로 중성자(中性子)와 융합(融合)되어 Ne-21 원자핵(原子核)이 만들어지고 He-4 원자핵(原子核)과 융합(融合)되어 중성자(中性子)와 Mg-24 원자핵(原子核)이 만들어진다.

3.7. 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程) [편집(編輯)]

초기질량(初期質量)이 태양(太陽)보다 약(約) 12배(倍) 이상(以上)이 항성(恒星)에서 일어나며, Si-28 원자핵(原子核)에 계속(繼續)해서 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)된다.

Si-28 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 S-32 원자핵(原子核)이 만들어진다.
S-32 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Ar-36 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Ar-36 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Ca-40 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Ca-40 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Ti-44 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Ti-44 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Cr-48 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Cr-48 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Fe-52 원자핵(原子核)이 만들어진다.
Fe-52 원자핵(原子核)에 He-4 원자핵(原子核)이 융합(融合)되어 Ni-56 원자핵(原子核)이 만들어진다.

이론상(理論上) 니켈-56으로도 핵융합(核融合)이 이어질 수 있지만 (최대(最大) 주석(主席)-100까지), 다음과 같은 이유(理由)로 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程)은 니켈-56을 넘지 못한다. 첫째로 규소(硅素)를 태우는 항성(恒星)의 중심핵(中心核) 온도(溫度)가 27~35억(億) 켈빈에 달(達)하는 극초고온(極超高溫) 상태(狀態)라 고(高)에너지 감마선이 발생(發生)하는데 핵자(核子)가 이 감마선을 흡수(吸收)해서 들뜬 상태(狀態)가 되고 아원자 입자(粒子)를 방출(放出)하는 광붕괴(狂崩壞) 현상(現象)이 일어나 니켈-56 이후(以後)의 핵융합(核融合)을 방해(妨害)한다. 둘째로는 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程)의 지속시간(持續時間)이 길어야 1일(日)에 불과(不過)할 정도(程度)로 극히(極히) 짧아서 니켈-56이 생성(生成)되는 그 순간(瞬間)에 항성(恒星)은 자기(自己) 질량(質量)이 가(加)하는 중력붕괴(重力崩壞)를 버티지 못하고 축퇴(縮退)되기 때문이다.

우주(宇宙)의 원소(元素) 존재비(存在比)를 보면 수소(水素)-헬륨-산소(酸素)-탄소(炭素)-네온-철-질소(窒素)-규소(硅素)-마그네슘-황(黃)의 순(巡)인데 철이 상당히(相當히) 흔하다. 이는 니켈-56이 방사성(放射性) 붕괴(崩壞)를 두 번(番) 거쳐 생성(生成)되는 철(鐵)-56이 핵자당(核子當) 결합(結合) 에너지가 가장 커서 안정적(安定的)이며 규소(硅素) 연소(燃燒) 과정(過程)으로 니켈-56이 대량(大量)으로 생성(生成)되기 때문이다.

3.8. 중성자(中性子) 포획(捕獲) [편집(編輯)]

말 그대로 원자핵(原子核)이 중성자(中性子)를 포획(捕獲)하여 원자량(原子量)이 증가(增加)하는 반응(反應)이다. 초신성(超新星) 폭발(暴發)에서 고속(高速)으로(Rapid) 일어나는 R-과정(過程)과, 적색거성(赤色巨星)에서 느리게(Slow) 일어나는 S-과정(過程)이 있다.

S-과정(過程)은 가벼운 원자핵(原子核)에서 시작(始作)해 중성자(中性子)와 융합(融合)하고, 전자(電子)와 전자(電子) 반중성미자(反中性微子)를 방출(放出)하고를 반복(反復)하며 Bi-209 원자핵(原子核)이 될 때까지 계속(繼續)해서 무거워진다. 다음으로 만들어지는 Po-210은 상대적(相對的)으로 짧은 반감기(半減期)를 가지고 Pb-206으로 알파 붕괴(崩壞)하므로 S-과정(過程)을 종료(終了)시킨다.

초신성(超新星) 폭발(爆發)이 일어나면 중성자(中性子)의 에너지와 밀도(密度)가 극도(極度)로 높아지며, 중성자(中性子)들이 원자핵(原子核)과 급속(急速)하게 융합(融合)하는 R-과정(過程)이 일어나 U-238 등(等)의 무거운 원자핵(原子核)들이 만들어진다. R-과정(過程)의 최대(最大) 한계(限界)는 명확(明確)치 않으나, 시뮬레이션에 따르면 원자번호(原子番號) 110번(番)(다름슈타튬) 이후(以後)의 원소(元素)는 거의 만들어지지 않는다고 한다. 이 시점(時點)부터는 원자핵(原子核)이 자발적(自發的) 핵분열(核分裂)을 하려는 경향(傾向)이 강(剛)해지기 때문이다. 또한 Pu-244보다 무거운 원소(元素)는 절멸(絶滅) 핵종(核種) 이 되었으므로 지구상(地球上)에서 발견(發見)되지 않는다.

3.9. 양성자(陽性子) 포획(捕獲) [편집(編輯)]

P-과정(過程)과 rP-과정(過程)이 있으며, 양성자(陽性子)와 융합(融合)되어 일부(一部) 희귀(稀貴) 동위원소(同位元素)가 만들어지는 과정(過程)이다.

4. 인공(人工)의 핵융합(核融合) 반응(反應) [편집(編輯)]

유의미(有意味)한 핵융합(核融合) 발전(發展), 수소폭탄(水素爆彈)의 핵융합(核融合) 반응(反應)들은 해당(該當) 문서(文書)에 정리(整理). 채산성(採算性)이 떨어지는 기타(其他) 기술(技術)은 본 문서(文書)에 정리(整理).

4.1. 핵융합(核融合) 발전(發展) [편집(編輯)]

? 자세(仔細)한 내용(內容)은 핵융합(核融合) 발전(發展) 문서(文書) 참고(參考)하십시오.

기존(旣存) 핵분열(核分裂) 방식(方式)의 원자력(原子力) 발전소(發電所) 보다 적은 방사성(放射性) 물질(物質) 방출(放出) 등(等) 장점(長點)이 많아 연구(硏究)되고 있다.

4.2. 수소폭탄(水素爆彈) [편집(編輯)]

? 자세(仔細)한 내용(內容)은 수소폭탄(水素爆彈) 문서(文書) 참고(參考)하십시오.

기존(旣存) 핵분열(核分裂) 방식(方式)의 원자폭탄(原子爆彈) 보다 높은 출력(出力)과 위력(威力), 높은 방사선(放射線), 낮은 방사능(放射能) 물질(物質) 방출(放出) 등(等) 장점(長點)이 많아 대체(代替)했다.

4.3. 관성(慣性) 정전(停戰) 가둠 [편집(編輯)]

관성정전(慣性停戰) 가둠의 원리(原理). 전기장(電氣場) 하(下)에서 원자핵(原子核)을 가속(加速)하여, 이온 엔진 과 동일(同一)하다.


퓨저(Fusor)의 작동(作動) 모습	퓨저(Fusor)의 구조(構造)도

Inertial Electrostatic Confinement, IEC (영문(英文) 위키)

제작(製作)의 용이성(容易性) - 다른 핵융합(核融合)과 달리 구현(具現)이 쉬워서 취미(趣味)의 영역(領域)으로 만들기도 하는 방식(方式). 설계도(設計圖)도 인터넷에 있고, 재료(材料)를 구(求)하는게 어려워서 그렇지 [10] 제작(製作)도 허용(許容)된다. 심지어(甚至於) 12살짜리가 만들어 기네스 세계기록(世界記錄) 에 등재(登載)되기도 했다.

대한민국(大韓民國)에서 제작(製作)된 장치(裝置) - 2019년(年) 대한민국(大韓民國)에도 이 장치(裝置)를 만든 사람이 있다. # 2019년(年)에 이 장치(裝置)를 만든 사람은 현재(現在) 경희대학교(慶熙大學校) 원자력공학과(原子力工學科)에 재학(在學) 중(中)이다. 제작자(製作者)의 인스타그램 계정(計定)에 방문(訪問)하면 Fusor 장치(裝置)의 제작(製作) 과정(過程)을 간략(簡略)하게 엿볼 수 있다. # 추가적(追加的)으로, 제작자(製作者)의 블로그에 접속(接續)하면 더 자세(仔細)한 제작(製作) 후기(後記)를 볼 수 있다. https://blog.naver.com/paul0230/223344709507

용도(用度) - 발전(發展) 용도(用途)로는 전혀(全혀) 쓸모가 없다. 상업(商業) 운전(運轉)을 하려면 연료(燃料):에너지 비율(比率)이 1:10이어야 하는데, 관성정전(慣性停戰) 가둠은 구조상(構造上) 열손실(熱損失)로 인해 거꾸로 10:1이기 때문(...). 자세힌(仔細히) 내부(內部)와 외부(外部)에 강력(强力)한 전기장(電氣場)을 걸어 저밀도(低密度) 중수소(重水素) 플라즈마를 전기장(電氣場)으로 가속(加速)시켜 중심(中心)에서 충돌(衝突)시키는 방식(方式)인데, 가속된 중수소(重水素)의 대부분(大部分)이 내부(內部) cage에 닿아 중앙(中央)에 도달(到達)하지 못하고 cage에 열(熱)만 전달(傳達)하기 때문. 그런고로 이 방식(方式)은 거의 취미생활(趣味生活)에 사용(使用)하거나 비파괴(非破壞) 검사(檢査), 동위원소(同位元素) 생산(生産) 등(等)을 위한 값싼 중성자원으로 써먹고 있다고 한다. 중성자원이 되는 원인(原因)은 아까 말했다시피 안에서 실제(實際) 핵융합(核融合)이 일어나면서 중성자(中性子)를 내뱉기 때문이다.

대표적(代表的)인 방식(方式)

퓨저(Fusor) - 전체(全體) 이름은 Farnsworth-Hirsch Fusor이며, 전자식(電子式) 텔레비전의 발명가(發明家) 필로 판스워스(Philo Farnsworth)가 고안(考案)했다. [11] 판스워스가 TV를 개발(開發)하면서 진공(眞空) 튜브에서 벌어지는 현상(現象)으로 핵융합(核融合)을 할 수 있지 않을까 연구(硏究)하여 고안(考案)했다.
폴리웰(Polywell) - 소련(蘇聯) 물리학자(物理學者) Oleg Lavrentiev가 제안(提案)하고 # , 미국(美國) 물리학자(物理學者) 로버트 버사드(Robert W. Bussard)가 검증(檢證)한 개선안(改善案) 미국(美國) 특허(特許) . 버사드는 성간(性間) 핵융합추진(核融合推進) 우주선(宇宙船) 개념(槪念)을 고안(考案)하다가 이온 엔진 과 함께 이를 고안(考案)했다. 여러 방식(方式)으로 기존(旣存) 퓨저의 밀도(密度)를 높이고 내부(內部) 열손실(熱損失) 문제(問題)를 해결(解決)하고자 한다. 한국인(韓國人)이 대표(代表)로 있는 미국(美國)의 EMC2(Energy Matter Conversion Corporation) 사(社)에서 개발(開發)하는 핵융합로도(核融合爐度) Polywell이며, 애초(애初)에 이 회사(會社)를 세운 사람도 로버트 버사드다!

4.4. 음파(音波) 발광(發光) [편집(編輯)]

거품 또는 음파발광(音波發光) 핵융합(核融合)(Sonofusion)은 레이저 대신(代身) 음파(音波) 발광(發光) 현상(現象)을 이용(利用)한 관성(慣性) 핵융합(核融合) 방식(方式)이다. 그러나 추가(追加) 연구(硏究) 결과(結果) 거품 핵융합(核融合)에서 발생(發生)했다는 중성자(中性子)는 사실(事實)이 아닌 것으로 밝혀졌으며 발생(發生)하는 온도(溫度)도 핵융합(核融合)을 일으키기에는 매우 부족(不足)한 온도(溫度)로 확인(確認)되어 현재(現在)는 음파(音波) 발광(發光) 현상(現象)을 이용(利用)한 핵융합(核融合)은 연구(硏究)되고 있지 않다.

4.5. 뮤온 촉매(觸媒) [편집(編輯)]

뮤온 촉매(觸媒) 핵융합(核融合)( Muon-Catalyzed Fusion , μCF)은 뮤온을 이용(利用)하여 핵융합(核融合) 반응(反應)을 더 잘 일으킬 수 있도록 하는 방법(方法)이다. 중수소(重水素)나 삼중수소(三重水素) 원자핵(原子核)에 전자(電子) 대신(代身) 뮤온을 붙여주게 된다. 뮤온의 궤도(軌道)는 원자핵(原子核)에 매우 가까워서 뮤온의 음전하(陰電荷)는 원자핵(原子核)의 양전하(陽電荷)를 중화시켜줘서 일반적(一般的)인 전자(電子)에 의(依)한 공유결합(共有結合) 분자(分子)보다 중수소(重水素)와 삼중수소(三重水素)가 훨씬 더 가깝게 붙은 분자(分子)를 생성(生成)하게 되고, 곧 두 원자핵(原子核)이 융합(融合)할 정도(程度)로 가까이 다가서게 된다. 뮤온은 핵융합(核融合) 이후(以後)에도 존재(存在)하고 다음 핵융합(核融合) 반응(反應)을 위(爲)해 재사용(再使用)되는데 이것이 촉매(觸媒)의 역할(役割)과 같아 [12] 이 핵융합(核融合) 방식(方式)을 뮤온 촉매(觸媒) 핵융합(核融合)이라고 부르게 되었다. 그러나 뮤온의 수명(壽命)이 너무 짧고 뮤온이 헬륨 원자핵(原子核)에 붙어버리는 Sticking 현상(現象)이 자주 발생(發生)해서 충분히(充分히) 재사용(再使用)되지 못해 거의 연구(硏究)되고 있지 않다. [13] 상온(常溫)에서도 핵융합(核融合)을 일으킬 수 있는 방식(方式)이나 뮤온을 생성(生成)하는 데 드는 에너지조차 회수(回收)하지 못하는 실정(實情)이라 상온(常溫) 핵융합(核融合)으로 분류(分類)하지는 않는다.

4.6. 초전(初戰) [편집(編輯)]

초전(初戰) 핵융합(核融合)(Pyroelectric Fusion)에서, 초전(秒前) 현상(現象)은 특정한 종류(種類)의 결정(決定)에 열(熱)을 가(加)하면 결정(決定)에 전위차(電位差)가 발생(發生)하는 현상(現象)이다. 이로서 강력(强力)한 전기장(電氣場)을 생성(生成)하고 이를 통(通)해 이온을 가속(加速)해서 핵융합(核融合)을 일으키게 된다. 2005년(年) 미국(美國) UCLA에서 이 현상(現象)을 실험(實驗)을 통해 확인(確認)하였다고 한다. 핵융합(核融合) 발전(發展)보다는 소형(小型) 입자가속기(粒子加速器) 같은 용도(用途)로 유용(有用)할 것으로 보인다.

4.7. 스핀 편극(偏極) [편집(編輯)]

스핀 편극(偏極) 핵융합(核融合)(Spin-Polarized Fusion)이란 연료(燃料) 원자핵(原子核)의 스핀을 자장(磁場) 방향(方向)으로 편극(偏極)시키면 핵융합(核融合) 반응(反應) 단면적(斷面積)(Fusion cross section)이(李) 약(約) 1.5배(倍) 증가(增加)해서 핵융합(核融合) 반응(反應)을 더 쉽게 일으키는 방식(方式)이다. 현재(現在) 미국(美國) General Atomics 사(社)가 보유(保有)한 DIII-D 토카막에서 실험(實驗) 중(中)이며, 미국(美國) 에너지부(部) 산하(傘下) 연구소(硏究所)인 제퍼슨 연구소(硏究所) [14] 도 참여(參與)하고 있다. 미국(美國) 외(外)에는 스위스의 ETH Zurich , 독일(獨逸), 일본(日本)( 쓰쿠바대학 ) 등(等)에서 연구(硏究)하고 있으며 앞서 설명(說明)한 TAE Technologies 사도 스핀 편극(偏極) 핵융합(核融合)을 연구(硏究)하고 있다. 초고온(超高溫)의 핵융합(核融合) 플라즈마 속에서 원자핵(原子核)이 충분히(充分히) 오랫동안 편극(偏極)된 상태(狀態)를 유지(維持)하도록 하는 것이 과제(課題)라고 하며, 다행히(多幸히)도 현재(現在)까지 연구(硏究)된 결과(結果) 편극(偏極)을 잃게 하는 요인(要因)들은 대부분(大部分) 큰 문제(問題)가 되지 않는 것으로 결과(結果)가 나오고 있다고 한다.

4.8. 입자(粒子) 가속(加速) [편집(編輯)]

입자가속기(粒子加速器) 여러대(臺)를 서로 마주보게 설치(設置)하여 비열(卑劣)적 방법(方法)으로 핵융합(核融合)을 일으키는 방법(方法). Colliding Bean Fusion 이라 불리며 1969년(年)에 MIGMA 란 장치(裝置)가 고려(考慮)된 적이 있다. 논문(論文) . 원형(原形) 입자가속기(粒子加速器) 내부(內部)에서 회전시켜 자기(自己) 거울 과 비슷하게 충돌확률(衝突確率)을 늘리겠단 계획(計劃)이였다. 하지만 당시(當時) 베타값에 대(對)한 고려(考慮)가 부족(不足)하였고, 빔 밀도(密度)가 높으면 내부(內部) 전기장도(電氣場度) 같이 높아져 자기가둠을 뚫고 흩어지기 때문에 기존(旣存) 예상(豫想)보다 밀도(密度)를 천배(千倍) 가까이 낮출 수밖에 없었다. 그 외(外)에도 산란(産卵) 등(等) 해당(該當) 방법론(方法論)에 근본적(根本的)인 문제(問題)가 산재(散在)하여 현재(現在)는 주류(主流) 과학계(科學界)에서 핵융합(核融合) 발전(發展)으로 적합하지 않다고 판단(判斷)하고 있다.

이 외(外)에도 Nicholas Christofilos 의 아스트론(論)(핵융합로(核融合爐)) 디자인과 같이 보다 개선(改善)된 가속기(加速器) 기반(基盤) 핵융합로도(核融合爐度) 과거(過去) 연구(硏究)되었다. 이러한 가속기(加速器) 기반(基盤) 핵융합로(核融合爐) 연구(硏究)는 추후(追後) Field-Reversed Configuration 핵융합로(核融合爐)의 연구(硏究)와 (간접적(間接的)으로) 이어지게 된다.

4.9. 충격(衝擊) 점화(點火) [편집(編輯)]

충격(衝擊) 점화(點火) 핵융합(核融合) 혹은(或은) Projectile Fusion이라 불리는 방식(方式)은 투사체(透射體)의 충돌압축(衝突壓縮)으로 핵융합(核融合)을 일으키는 반응(反應)이다.
정지(停止)한 물체(物體)나 마주보고 있는 레일건 [15] 으로 소형(小型) 연료(燃料) 팰럿을 상대속도(相對速度) 40km/s 이상(以上)으로 고속(高速) 충돌(衝突)시켜 투사체(透射體) 일부(一部)가 증발(蒸發)하여 운동(運動)에너지를 열에너지로 전환(轉換)한다. 이를통해 핵융합(核融合) 가능(可能) 온도(溫度)와 압력(壓力)을 달성(達成)하는 방법(方法). 상술(詳述)한 마하 100이 넘어가는 속도(速度)로 핵융합(核融合)을 일으키기에 충분(充分)한지, 현(現) 기술(技術)로 연속적(連續的)인 발사(發射)가 달성(達成) 가능(可能)한지 등(等) 여러 논란(論難)이 있다. ToughSF 블로그 특허(特許) 논문(論文)

현재(現在) 영국(英國) 스타트업 First Light Fusion 사(社)가 시도(試圖)하고 있다. 팰럿 디자인을 개선(改善)하여 더 낮은 속도(速度)에서도 한 점(點)에 압력(壓力)을 집중(集中)하고자 하고 있다. 2022년(年) 4월(月) 소개영상(紹介映像)

5. 여담(餘談) [편집(編輯)]

해외(海外)에서는 주로(主로) nuclear fusion이 아닌 fusion으로, nuclear fusion energy가 아닌 fusion power라 한다.

태양(太陽)에서 핵융합(核融合) 현상(現象)이 일어난다는 점(點)에 착안(着眼)하여 햇빛이나 태양열(太陽熱)을 이용(利用)한 원시적(原始的)인 장치(裝置)나 기술(技術)에 사실 핵융합(核融合)을 이용(利用)한 것이라는 식(式)의 우스갯소리를 하기도 한다. 예(例)를 들면 앙부일구(仰釜日晷) 를 가지고 조선시대(朝鮮時代) 에 발명(發明)된 핵융합(核融合)으로 작동(作動)하는 장치(裝置)라고 한다든지. #

1989년(年) 3월(月)부터 상온(常溫) 핵융합(核融合) 이(理)라 하여 상온(常溫) 상태(狀態)에서 핵융합(核融合)이 일어나는 현상(現象)이 있다고 하며 연구(硏究)도 진행(進行) 중(中)이나 과학계(科學界)에서는 부정적(否定的)이며 불가능(不可能)한 것으로 본다. 거의 반드시 팔라듐 이야기가 따라나오곤 한다. 팔라듐 수준(水準)으로는 핵융합(核融合)을 일으킬 만큼 수소(水素)를 압착(壓搾)시킬 수 없다는 것이 밝혀진 지 오래다. "상온(常溫)", "팔라듐" 이 두 단어(單語)만 나오면 그냥 무시(無視)해도 될 정도(程度)로, 상온(常溫) 핵융합(核融合)은 불가능(不可能)하다고 보면 된다.

2010년(年) 5월(月), 북한(北韓) 측(側)이 단독(單獨)으로 핵융합로(核融合爐) 실험(實驗)에 성공(成功)했다고 주장(主張)했다. 대충 보면 Dense Plasma Focus 장치(裝置)인데 핵융합로(核融合爐)이긴 하지만 발전용(發展用)으로 써먹을 수준(水準)의 장비(裝備)는 당연히(當然히) 아니고 핵물리학(核物理學)이나 X선, 극자외선(極紫外線)원 연구(硏究)에 보통(普通) 쓰인다. 혹은(或은) 관성정전(慣性停戰) 가둠 장치(裝置)를 사용(使用)했을 가능성(可能性)도 있는데, 관성(慣性) 정전(停戰) 가둠은 위에 잘 나와 있듯이 중고생(中高生)도 만들 수 있는 수준(水準)이고 DPF 장치(裝置)도 이미 광운대나 2004년(年)에 한양대에서 플라즈마 응용(應用)을 위해 만들어서 실험(實驗)한 적이 있다(Hanyang University Plasma Focus). 북한(北韓)이 이걸 실제로(實際로) 만들었는진 모르겠으나 보다시피 제작(製作)에 특출(特出)난 기술(技術)이나 많은 돈이 필요(必要)한 것도 아니라서 북한(北韓)이 실제로(實際로) 만들고 핵융합(核融合)을 일으켰다 해도 놀랄 것은 전혀(全혀) 없고, 대단한 것도 아니다. 덤으로 북한(北韓) 미화(美化)론자 들은 이를 북한(北韓)이 인공태양(人工太陽) 을 발명(發明)했다는 증거(證據)로 과대포장(誇大包裝)했다.(...)

2015년(年) 2월(月), 김치 산업화(産業化) 에 핵융합(核融合) 기술(技術)을 사용(使用)한다는 기사(記事)가 화제(話題)가 되었다. # 거창(巨創)한 건 아니고 핵융합(核融合) 연구(硏究)에서 획득(獲得)한 플라즈마 기술(技術)들을 응용(應用)한 것이다. 농산물(農産物) 처리(處理) 및 가공(加工)에도 다양한 플라즈마 기술(技術)들이 활발(活潑)하게 연구(硏究), 이용(利用)되고 있기 때문.

[1] beam-beam fusion, beam-target fusion [2] 이를 thermonuclear fusion, 즉(卽) 열핵융합(熱核融合)이라 하며, 항성(恒星) 내부(內部)나 인공적(人工的)으로 제작(製作)된 핵융합로(核融合爐)에서는 열핵융합(熱核融合) 반응(反應)이 주(主)를 이룬다. [3] 중성미자(中性微子) 와 광자(光子)가 융합(融合) 과정(過程)에서 직(職)·간접적(間接的)으로 발생(發生)하기도 한다. 우주(宇宙)에서 볼 수 있는 초대규모(超大規模)의 핵융합(核融合) 반응(反應)이 바로 초신성(超新星) 이다. 초신성(超新星)의 에너지 대부분(大部分)이 중성미자(中性微子) 형태(形態)로 날아간다. [4] 탄소(炭素)보다 가벼운 원자핵(原子核)인 리튬과 베릴륨, 붕소(硼素)는 주변(周邊) 원소(元素)들에 비(比)해 존재량(存在量)이 매우 적은데, 이는 원자량(原子量)과 원자번호(原子番號)가 핵융합(核融合)으로 만들어지기 힘든 조합(組合)인데다가, 항성(恒星)의 핵융합(核融合) 과정(過程)에서 소모(消耗)될 수 있기 때문이다. 만들어지기 쉬운 조합(組合)의 원자핵(原子核)은 모두 불안정(不安定)하다. [5] 정확(正確)한 과정(過程)은 에너지를 빌려 W＋보손 생성(生成) →양전자(陽電子) & 전자(電子) 중성미자(中性微子)로 붕괴(崩壞) 과정(過程)을 거친다. [6] 원래(元來) 가벼웠던 입자(粒子)(양성자(陽性子)) 무거운 입자(粒子)(중성자(中性子))로 변(變)하는 것이 부자연스럽다고(열역학 1법칙(法則)=질량(質量)-에너지 보존법칙(保存法則))생각할 수도 있으나, (양성자(陽性子)) + (양성자(陽性子)가 가지고 있던 운동(運動)에너지) = (중성자(中性子)) + (고(高)에너지 전자(電子) 중성미자(中性微子)) + (양전자(陽電子))이므로, 열역학(熱力學) 1법칙(法則)에 위배(違背)되지 않는다. (아인슈타인의 질량(質量)-에너지 등가(等價) 법칙(法則) E=mc²을 생각하면, 양성자(陽性子)가 가지고 있던 운동(運動)에너지의 일부(一部)가 질량(質量)으로 전환(轉換)되었다고 생각할수도 있다. 여담(餘談)이지만 실제로(實際로), LHC 에서 무거운 입자(粒子)들(톱 쿼크,힉스입자(粒子) 등(等))을 생성(生成)할 때 빛의 속도(速度)에 거의 근접(近接)한 양성자(陽性子) 2개(個)가 서로 충돌(衝突)하면서, 그 양성자(陽性者)들의 운동(運動)에너지가 양성자(陽性子) 내부(內部)의 가상(假想) 입자(粒子)(불확정성(不確定性) 원리(原理)에 의(依)해서 생성(生成)될수 있으나, 직접(直接) 관측(觀測)하는것은 불가능(不可能)한 입자(粒子))들에 작용(作用)해서 질량(質量)으로 바뀌면서 가상(假想) 입자(粒子)가 실제(實際) 입자(粒子)(관측가능(觀測可能)한 입자(粒子))로 변환되는 것을 이용(利用)해서 생성(生成)하는 것이다.) [7] 광자(光子) 로 이해(理解)해도 무방(無妨)하다. 둘은 기호(畿湖)가 같기도 하고. [8] 이를 Deuterium 의 앞글자(글字)를 따서 D라고 표기(表記)하기도 한다. [9] 참고(參考)로 입자가속기(粒子加速器)로는 핵융합(核融合) 발전소(發電所)를 만들 수 없다. 이런 식(式)으로 융합(融合)시키면 반응(反應) 단면적(斷面積)이 너무 작고, 융합(融合)하는 입자(粒子) 수(數) 자체(自體)도 매우 적어 투입(投入)되는 에너지에 비해 핵융합(核融合)은 거의 안일어나니 발전(發展) 효율(效率)이 마이너스이기 때문이다. 입자가속기(粒子加速器)(여기선 선형(線形))의 핵융합(核融合)은 중원소(重元素) 실험(實驗)이나 방사성(放射性) 핵종(核種)의 생산(生産)에 쓰인다. 다만 입자가속기(粒子加速器) 자체(自體)만으로 핵융합(核融合) 발전소(發電所)를 만들 수 없을 뿐 핵융합(核融合) 중수소(重水素) 원자핵(原子核)을 플라즈마로 쏘는 방식(方式)으로 플라즈마의 가열(加熱)에 사용(使用)된다(이를 Neutral Beam Injector(줄여서 NBI), 즉(卽) '중성입자(中性粒子)빔 입사장치(入社裝置)'이라 한다). 일부(一部) 학자(學者)들은 핵융합로(核融合爐)를 입자가속기(粒子加速器)의 일종(一種)으로 보기도 한다. [10] 중수소(重水素)가 가장 까다로운데, 시그마 알드리치(値) 등(等)에서 실험실용(實驗室用)으로 판매(販賣)하니까 그걸 전기(電氣) 분해(分解)해서 얻으면 된다. 중수(中搜) 1L에 8~90만(萬)원 정도(程度) 하지만 애초(애初)에 이건 채산성(採算性)을 생각하고 만드는 게 아니니까... [11] 미국(美國) 애니메이션 퓨쳐라마 의 판스워스 교수(敎授) 의 성(性)을 이 사람에게서 따왔다. 퓨쳐라마에선 어린이 비만(肥滿)을 발명(發明)한 인간(人間)으로 언급(言及)된다. [12] 반응과정(反應過程)에서 소모(消耗)되지 않으면서 반응(反應)의 활성화(活性化) 에너지를 낮춘다는 것이 정확히(正確히) 촉매(觸媒)의 역할(役割)과 일치(一致)한다. 반응(反應)의 종류(種類)가 화학(化學) 반응(反應)이 아닌 핵반응(核反應)이라는 점(點)만 다르다. [13] 뮤온을 생성(生成)하는데도 에너지가 꽤 소모(消耗)되기 때문에 충분히(充分히) 재사용(再使用)되지 못하면 수지타산(收支打算)이 맞지 않는다. 아직 영국(英國)의 러더포드 애플턴 연구소(硏究所)(Rutherford Appleton Laboratory)와 일본(日本)의 이화학연구소(理化學硏究所) (RIKEN)에서는 다루는 듯 하다. [14] Thomas Jefferson National Accelerator Facility [15] 충분(充分)한 속도(速度)만 만들 수 있다면 레일건이 아니여도 된다.

이 저작물(著作物)은 CC BY-NC-SA 2.0 KR 에 따라 이용(利用)할 수 있습니다. (단(但), 라이선스가 명시(明示)된 일부(一部) 문서(文書) 및 삽화(揷畵) 제외(除外))
기여(寄與)하신 문서(文書)의 저작권(著作權)은 각(各) 기여자(寄與者)에게 있으며, 각(各) 기여자(寄與者)는 기여(寄與)하신 부분(部分)의 저작권(著作權)을 갖습니다.

나무위키는 백과사전(百科事典)이 아니며 검증(檢證)되지 않았거나, 편향적(偏向的)이거나, 잘못된 서술(敍述)이 있을 수 있습니다.
나무위키는 위키위키입니다. 여러분이 직접(直接) 문서(文書)를 고칠 수 있으며, 다른 사람의 의견(意見)을 원(願)할 경우(境遇) 직접(直接) 토론(討論)을 발제(發題)할 수 있습니다.