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효과적인 중수소 분리에 의해 제어 가능한 핵융합에 잠재적 연료 제공

발행일 : 2020 / 01 / 14

중국 시안(西安)교통리버풀(Liverpool)대학교는 영국 리버풀대학교와 공동으로 효과적으로 고순도 중수소를 분리할 수 있는 재료를 개발했다. 해당 성과는 “Science”에 게재됐다.

제어 가능한 핵융합은 청정에너지이다. 하지만 안정적이고 제어 가능한 핵융합 연료 개발은 어려움으로 되고 있다. 수소 동위원소인 중수소는 잠재적인 제어 가능한 핵융합 연료이지만 자연계에서의 농도가 매우 낮다. 일반적으로 고순도/고농도 중수소는 “수소-중수소” 혼합기체 분리를 통해 얻는다. 그러나 해당 분리 기술은 에너지 소모가 크고 효율이 낮으며 가격이 비싼 등 원인으로 달성하기 어렵다.

영국 리버풀대학교 Andrew Cooper 연구팀(중국-영국 공동 연구팀)은 “동적 양자 스크리닝”이라 불리는 과정을 통해 중수소를 혼합기체에서 효과적으로 분리할 수 있는 신소재를 설계했다. 딩리펑(丁理峰) 및 박사연구생 양쓰위안(楊思源)은 분리 과정의 이론적 모델링에 중요한 기여를 했다. 일반 실험화학에 요구되는 시약과는 달리 계산화학은 주로 고성능 슈퍼컴퓨터를 이용하며 컴퓨터 모델을 통해 분자 규모에서 “수소-중수소” 분리 과정을 연구하여 해당 재료가 우수한 성능을 보유할 수 있는 원인을 찾아낸다.

해당 신소재는 복합 다공성 유기 바구니 화합물 재료로서 혼합기체에서 중수소 분자를 선택함과 아울러 대량으로 흡착할 수 있기에 중수소를 분리하는 경제적이고 고효율적인 방법이다. 분자 모형은 후속적인 실험 방향을 확정하고 더욱 양호한 분리 재료를 개발하는데 도움이 된다.

중수소는 핵융합 연료 외에 비방사성 동위원소 추적, 중성자 산란 기술 및 제약 등 분야를 포함한 기타 과학 연구에 광범위하게 응용된다.

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