2억 달러 규모의 핵융합 실험의 비하인드 스토리

뉴저지의 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소에서 과학자와 엔지니어가 핵융합 실험을 위한 부품을 만드는 방법.

수석 기계공인 Joe Diamond는 진공 용기 내부와 중앙 스택에 설치될 스테인리스강 전환 플레이트를 작업하고 있습니다. (엠마 리/WHYY)

이 이야기는 주간 건강 및 과학 팟캐스트인 The Pulse에서 발췌되었습니다.

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기계공인 조 다이아몬드(Joe Diamond)는 자동차, 기차, 핵잠수함용 부품을 만들었지만 스테인리스 강판은 자신이 만드는 것 중 가장 어려운 것이라고 말했습니다.

그는 50년 넘게 기계 부품을 만들어 왔으며 현재는 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소에서 근무하고 있습니다. 이 연구실에서는 과학자들이 반세기 이상 동안 지구상의 에너지원으로 사용하는 것을 꿈꿔왔던 핵융합 실험을 진행하고 있습니다. 그것은 태양의 중심에서 일어나는 일입니다.

이 프로젝트를 지휘하는 물리학자 중 한 명인 Stefan Gerhardt는 지구에서 이를 테스트하기 위한 장비를 설계하고 제작하는 것이 어려운 일이라고 말했습니다.

"지구상의 누구도 만들 수 없는 것을 디자인하는 것은 매우 쉽습니다."라고 그는 말했습니다. "따라서 물리학과 디자인 엔지니어링에 대한 이러한 멋진 아이디어는 모두 유한한 돈과 시간, 실제 사람, 실제 기계 도구를 사용하여 수행할 수 있는 작업에 의해 제한되어야 합니다. 내 사업에는 상호 작용을 평가하는 데 끊임없는 긴장이 있습니다. .그것이 이 작품을 흥미롭게 만드는 이유이기도 하고 어렵게 만드는 이유이기도 합니다."

Joe Diamond가 만들어야 하는 스테인리스 강판은 길이가 약 10인치이고 두께가 0.5인치이며 사다리꼴 모양입니다. 까다로운 부분은 플레이트가 점점 가늘어지고 전체 두께가 동일하지 않다는 것입니다. 다이아몬드는 스테인레스 스틸 조각을 잘라내고 한쪽 끝의 금속을 조심스럽게 깎아내야 올바른 각도로 끝납니다.

이 2억 달러 규모의 핵융합 실험을 상상하려면 금속으로 만들어진 15피트 높이의 사과를 생각해 보세요. 기계를 켜면 사과의 중심부에는 섭씨 1,000만도가 넘는 태양 중심의 온도와 일치하는 매우 뜨거운 가스가 들어 있습니다. 이는 가스를 플라즈마라고 불리는 전혀 다른 물질 상태로 전환시킵니다. 태양은 중력을 이용해 초고온 플라즈마를 유지합니다.

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실험에서 사과의 코어는 플라즈마를 향하고 평평한 탄소 타일이 늘어서 있습니다. 이러한 타일은 열을 흡수하여 외부로 안전하게 운반할 수 있습니다.

그러나 문제는 실험실에서 평평한 타일이 사과 심의 표면을 완벽하게 덮을 수 있는 금속 사과를 만들 수 없다는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 사과의 중심부와 외부 껍질 사이 어딘가에 위치하도록 스테인리스 강판을 설계하고 0.01인치 이상 벗어날 수 없는 탄소 타일을 정렬하는 데 도움을 주었습니다.

탄소 타일이 올바르게 정렬되지 않으면 너무 뜨거워지고 그 일부가 플라즈마에 떨어질 수 있으며 실험이 과학자들이 원하는 만큼 뜨거워지지 않을 수 있기 때문입니다.

이 스테인레스 스틸 판 10개 더미를 만드는 데 거의 1년이 걸렸고, 과학자들이 몇 가지 사항을 변경했기 때문에 시간이 더 걸릴 것입니다.

뭔가 잘못되면 잠재적인 결과가 심각할 수 있습니다. 2016년에 연구소는 4년간의 업그레이드 프로그램을 막 마쳤지만 초고온 플라즈마를 유지하는 데 사용된 자석 중 하나가 실패했습니다. 장치는 몇 달 동안 작동이 중단되었습니다. 당시 연구실 소장은 8년의 경력을 마치고 사임했다. 한 사이언스 기사에서는 이를 실험실에 큰 타격을 입혔다고 말했습니다.

물리학자 스테판 게르하르트(Stefan Gerhardt)는 이와 같은 실수가 다시는 발생하지 않도록 노력했으며 부품에 대한 이미 높은 기준을 높였다고 말했습니다.

예를 들어, 연구소에서 회사에 이러한 자석을 더 많이 만들어 달라고 요청했을 때 연구소에서는 이전에 프로토타입 자석에 수행한 적이 없는 숨겨진 결함을 확인하기 위해 자석을 절단하여 테스트했다고 말했습니다. 연구실에서는 또한 자석을 제조하는 회사에 청정실을 갖추고, 먼지나 제조 중인 자석을 오염시킬 수 있는 기타 금속 작업이 진행되지 않는지 확인하도록 요청했습니다.