민간 핵융합 에너지 회사인 TAE Technologies가 독점 핵융합 기술의 성능, 실용성 및 원자로 준비성을 근본적으로 향상시키는 최초의 획기적인 성과를 달성했다.
심사평가를 거친 저널 Nature Communications 에 게재된 실험 결과에 따르면 TAE는 플라즈마를 형성하고 최적화하는 간소화된 접근 방식을 발명하여 효율성을 높이고 복잡성과 비용을 크게 줄였다. 이에 따라 회사의 순수 에너지와 상업적 핵융합 발전으로 가는 길을 가속화했다는 것이 입증되었다.
상업적 핵융합의 실현은 초고온에서 플라즈마(물질의 과열된 네 번째 상태)를 생성하고 그 에너지를 장시간 가두는 능력에 달려 있다. 이를 위한 한 가지 방법은 TAE 핵융합 기술의 기반이 되는 자기 가두기 기술인 필드 역전 배열(FRC)을 이용하는 것이다.
FRC의 기본적인 장점:
- FRC 플라즈마는 자체적으로 조직화되어 기계 내부에 자체 자기장을 생성한다 . 이는 가두는 데 필요한 외부 자석의 양을 크게 줄이는 동시에 장치의 작동 전력 효율을 크게 향상시킨다.
- FRC 기반 기계는 동일한 자기장 강도와 플라즈마 용량을 가진 일반적인 토카막보다 최대 100배 더 강력한 핵융합 출력을 달성할 수 있다.
- FRC의 자체 제한적 특성 외에도, 이 접근 방식은 훨씬 덜 복잡하고, 건설 및 운영 비용이 저렴하며, 유지 관리가 쉬운 더 간단하고 선형적인 핵융합 기계를 만드는 데 적합하다 .
- FRC의 낮은 내부 자기장은 수소-붕소(p-B11) 연료의 실행 가능성을 높인다. 이 연료는 지구에 가장 깨끗하고 안전하며 지속 가능한 옵션이기 때문에 TAE가 상업용 핵융합을 위한 연료로 선호하는 연료이다.
이러한 장점에도 불구하고, FRC는 플라즈마 불안정성과 복잡하고 비용이 많이 드는 플라즈마 형성으로 인해 상업적 목적으로 확장하는 데 역사적으로 어려움을 겪었다. TAE는 이러한 FRC 과제를 직접적으로 해결하는 기술을 설계, 구축 및 배치하여, 이 원자로 토폴로지의 알려졌지만 이전에는 실현되지 않았던 잠재력을 끌어내는 빔 구동 방식의 첨단 FRC를 개발했다.
TAE의 첨단 입자 가속기 기술은 독점적인 전원 공급 장치와 실시간 능동 피드백 제어를 결합하여 FRC 플라즈마 불안정성을 억제하여 정상 상태 작동에서 안정적이고 핵융합에 적합한 플라즈마를 생성한다. 이는 이전 프로토타입에서 처음으로 달성한 일련의 이정표이다.
TAE는 첨단 입자 가속기 기술과 중성 입자 빔을 더욱 활용하여 기존 FRC 플라즈마 형성을 간소화하는 기계 재구성을 공개했다. Nature Communications 에 기술된 바와 같이 , TAE의 새로운 기계는 중성 빔 주입(NBI)만을 사용하여 고온의 안정적인 FRC 플라즈마를 생성한다. 이를 통해 기계의 크기, 복잡성, 비용을 최대 50%까지 줄이고 경제적 경쟁력과 상업적 타당성을 최적화한다.
FRC 기계가 FRC 플라즈마를 생성하기 위해 복잡한 플라즈마 형성 섹션(장치 양쪽 끝에 있는 긴 석영 튜브)과 초음속 충돌이 필요했던 반면, TAE의 혁신적인 NBI 전용 혁신 기술은 기계 중앙에서 직접 FRC 플라즈마를 생성, 가열 및 안정화한다.
Norm 이라는 이름의 이 기계는 이전 모델인 Norman 에 비해 길이가 훨씬 짧아 TAE에서 가장 높은 정상 상태 플라즈마 성능을 꾸준히 달성하고 있으며 회사의 차세대 원자로 시제품인 Copernicus 에 사용될 작동 모드와 구성 요소의 검증을 완료했다.
Copernicus는 2030년대 말까지 TAE의 첨단 빔 구동 FRC 방식을 이용한 순 에너지 생산의 실현 가능성을 입증할 예정이며 이어서 2030년대 초에는 TAE의 첫 번째 시제품 발전소인 Da Vinci가 선보일 계획이다.
