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2020.10.09 01:34

집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자

조회 수 25735 추천 수 115 댓글 65

핵반응로는 20세기의 최신 학문인 양자역학이 동원된, 인류가 만들어낸 가장 기술적으로 진보된 기계장치이다. 그렇기에 집에서 핵 반응로를 만든다는 것은 위험해 보이기도 하지만 뭔가 간지나 보이기 따름이다. '취미로 핵 반응로를 만든다' 라고 자신을 소개하는 것 만큼 특이한 것은 없지 않겠는가?


9959BF505CE5668D1D.png 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<취미로 원자로를 만드는 사람이다>


 실제로 1994년 미국에선 '데이비드 한'이라는 소년이 집에서 직접 핵분열 원자로를 만들려 시도하다 잡혀가 '개인은 원자로를
가질 수 없다'라는 법이 생겨난 계기를 만들기도 했다. (만드는데 성공했다 알고 있는 사람들도 꽤 있던데 사실 실패했다.)


 이렇게 핵분열로를 만드는 것도 개인이 하기에는 불가능에 가까운데, 아크 리액터와 같은 핵융합로를 개인이 만드는 것은 당연히 말도 안 된다 생각하는 것도 당연하다. 그야 핵융합 발전은 아직 상용화되지도 않았으니 말이다.


아크 리액터.png 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<아이언맨의 아크 리액터, 작중에선 상온 핵융합 기술과 비슷하게 묘사된다>


 하지만 아니라면 어떨까? 실제로 전기를 생산해내는 핵융합 발전소를 우리가 만들진 못하지만, 핵융합 반응을 실제로 일으키는, 그리고 보기에도 간지나는 핵융합로를 집에서 작동시킬 수 있다면? 그것을 가능하게 하는 것이 바로 Farnsworth–Hirsch Fusor, 줄여서 FUSOR이다.


KakaoTalk_20201008_190812346.jpg 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<실제 작동하는 FUSOR의 모습>


 Farnsworth–Hirsch Fusor는 이름에서 볼 수 있듯이 Farnsworth와 Hirsch라는 두 사람에 의해 1960년대 초에 만들어졌는데, 앞의 Farnsworth의 풀 네임은 '필로 판스워스'로 텔레비전의 발명가 중 한 명이다. 그는 텔레비전을 개발할 당시 진공관 속에서 일어나는 현상에 관심을 가지게 되었다.


 그것은 바로 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동할때 고주파 자기장에 의해 가운데에서 정지하는 현상인데, 그런 전자들이 진공관의 중심에 쌓여 다른 정지하지 않은 전자들과 충돌해 전극을 손상시키곤 했다. 이런 현상은 텔레비전에 있어서는 피해야 할 문제겠지만, 판스워스는 그에 주목해 역으로 전자들을 원하는 위치로 집중시킬 수 있다는 사실을 깨달았다.


 당시에도 핵융합 기술 연구에 있어서 고온의 플라즈마들이 벽에 부딫히지 않게 하다는 사실이 중요하다는 것은 널리 알려져 있었고, 판스워스는 입자들을 원하는 위치에 고정시키는 이 기술이 핵융합에 있어 매우 유용할 것이라 생각한 것이다. 자기장을 통한 플라즈마와 벽과의 분리라는 개념 자체는 현재 사용되는 토카막과 같다 볼 수 있다. (다만 토카막 기술 자체는 판스워스보다 앞서 만들어졌다)


토카막.jpg 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<K-STAR에 들어가는 토카막. 21세기 현재 핵융합 기술의 주류이다>


초기 판스워스가 만들었던 Fusor는 실린더 형태의 전극으로 위에서 말한 방법으로 입자들을 고정하고, 바깥 사방에서 전자총을 통해 양전자들을 발사해 충돌시키는 방법을 사용했다.


330px-US3386883_-_fusor.png 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<판스워스의 Fusor 반응로>


현재의 Fusor는 보다 간단한 형식을 택한다. 판스워스와 달리 현재는 아마추어 취미용으로 주로 쓰이기 때문에, 보다 제작 및 관리가 편한 방식을 사용하는 것이다. 아래 그림에는 뭔가 잔뜩 달려 있지만, 사실 필수적인 요소는 단 4개 뿐이다. 물론 방사능을 신경쓰지 않는다면 말이다. 핵분열 정도는 아니어도 핵융합 과정에서도 방사능이 좀 나오긴 나온다. 고작 이 정도로 치명적인 레벨에 이르지는 않겠지만...


fusor.jpg 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<간단한 Fusor의 설계도>


1. 고전압 공급 장치 : 앞서 말했지만 이 물건은 강력한 자기장을 통해 입자들을 핵융합에 이르게 하고, 강한 자기장을 얻으려면 강한 전기가 필요하다. 핵융합을 일으키기 위해선 대략 2만볼트의 전압과 10밀리암페어의 전류가 필요하다 한다. 음... 감전되지 않게 조심하자


2. 전극 : 판스워스는 실린더 형태로 했지만 우리는 구형으로 하는게 편하기도 하고 보기도 멋지다. 보통 내부/외부 전극이라는 형식을 철저히 지키며 아래와 같이 구형으로 만드는데, 고온에 잘 버티는 텅스텐으로 만드는게 가장 적합하다고 한다.


Fusor_running.jpg 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<내부와 외부의 철망이 다 전극이다>


3. 가스 레귤레이터 : 연료를 반응로에 공급하기 위해 필요하다. 여기서 원료란 수소, 그 중에서도 중수소를 말한다. 구하기 어렵긴 하지만 법적으로 막혀 있는 건 아니다. 자체로 방사능 물질은 아니기에 우리도 돈만 주면 구할 수는 있다.


중수.PNG 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<와! 25L에 단돈 40만원!>


다만 중수소라 하더라도 수소는 수소이기에 강한 폭발력을 가진다. 그렇기에 아마 직접 만든다면 중수를 구한 다음 전기분해를 통해 조금씩 추출해 사용하는 것이 권장될 것이다. 물론 중수도 판다.


중수소.PNG 집에서 만드는 핵융합로? FUSOR에 대해 알아보자
<좀 비싸긴 하다>


계산에 따르면 대략 200mm 지름의 반응로에선 100ml의 중수만 있어도 70일 넘게 반응로를 24시간 내내 돌릴 수 있다 한다. 위에 보면 중수 100g이 18만원쯤 하고 중수 100g이면 90ml쯤 하므로 하루에 2800원쯤 들어가는 셈이다. 우리 모두 하루에 커피 한잔만 안 마시면 집에서 핵융합로를 굴릴 수 있다! 사실 이쯤 되면 연료 가격보단 전기세가 더 나가지 않을까?


어쨌든 얘기가 잠깐 삼천포로 샜는데 우리는 판스워스가 썼던 것 같은 전자총은 필요 없다. 전극 안쪽에만 밀어넣으면 자기장이 알아서 다 해 줄 테니까. 그러니까 레귤레이터로 연료가 조오금씩 투입되게 하는데만 집중하면 된다. 중수소는 비싸니까...


4. 진공 장치 : 말했듯이 판스워스는 진공관에서 나타나는 현상을 보고 이 Fusor를 만들었다. 그러니까 우리도 반응로 내부가 진공으로 유지되도록 노력해줄 필요가 있다.


 자 이렇게 핵융합로를 만들기 위한 준비는 다 끝났다. 생각보다 간단하지 않은가? 이런 구조 덕분에 소모 비용은 적게 잡으면 100만원에 불과하다 한다. 물론 안전을 생각한다면 가이거 계수기 하나쯤은 준비해 두자.


 다만 안타깝게도 이 Fusor는 발전을 위한 핵융합로에는 적합하지 않다. 발전을 하려면 적어도 우리가 투입하는 고전압 이상은 전기를 뽑아줘야 하는데 아무리 잘 쳐줘도 10퍼센트도 생산해내지 못한다 한다. 하지만 해외에선 많은 사람들이 이 녀석이 뿜어내는 간지에 매료되어 제작하고 있고, 작긴 하지만 관련 커뮤니티도 있다. 돈 많고 안전에 철저하고 공학적 지식이 있으며 간지나는 핵융합로를 원하는 펨창 스타크는 나만의 아크 리액터를 한번 만들어 보는 게 어떨까?


이하는 관련 영상들


https://www.youtube.com/watch?v=EVOBk-InL00


https://www.youtube.com/watch?v=38xVBd60yas


https://www.youtube.com/watch?v=9vERIyKwWvo


https://www.youtube.com/watch?v=gfs9H1UIoVU


https://www.youtube.com/watch?v=Yq6jazuQ89I


주의: 필자는 핵융합로를 만들거나 운용하다가 일어나는 사고에 대해 일체 책임지지 않습니다. 필자는 이 물건을 직접 만들어 본 적이 없으므로 안전에 있어서는 별 다른 도움이 되지 못합니다. 만드는 거 자체가 불법은 아니지만 위험한 물건이므로 주의하십시오.


그리고 시험기간에 갑자기 뽕이 차서 열심히 써봤는데 추천 많이 눌러주세요 ㅎㅎ...


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