아마 이 뉴스는 많이들 보셨으리라 믿습니다. 뉴스를 대략 요약해 보면.... 달에 헬륨3(이하 He3)이 많이 존재하여 이를 중수소(D)와 핵융합시키면 방대한 에너지를 얻을 수 있고, 러시아의 한 기업에서 달에 영구적인 달기지를 건설하고 He3를 채굴하려고 한다는 것입니다.
뭐 일단 헬륨에 대해서 알아보도록 하죠. 헬륨에 대한 조금 더 자세한 이야기는 저의 이전 글(헬륨(He) 이야기)에서 확인할 수 있습니다. 헬륨은 전 우주의 원자의 1/4을 차지할 만큼 많이 존재하지만 매우 가볍고 다른 원소들과 화합물을 이루지 않기 때문에 지구상에는 거의 존재하지 않습니다. 지구상에 존재하는 헬륨은 공기중에 매우 희박하게 약간 들어있으며, 암석 속에서 매우 무거운 원소들이 α붕괴하면서 튀어나온 입자에서 생성됩니다. 이렇게 생성된 원자는 암석 내부에 존재하거나 천연가스와 함께 추출되는 경우가 많습니다.
이 헬륨은 대부분 질량 4인 경우이며, 물론 전 우주에 풍부하게 존재하는 헬륨의 경우도 질량 4인 것들이 대다수입니다. 질량3인 것들은 거의 존재하지 않는다고 봐도 됩니다. 태양에도 헬륨이 매우 풍부하게 존재하는데, 태양에 존재하는 헬륨의 경우도 질량 4인 것이 대부분을 차지하고, 질량3인 것은 거의 존재하지 않습니다.
뉴스에서 나온 것과 같이 태양에서는 매우 많은 양의 가스가 플라즈마 형태의 태양풍으로 만들어져 태양으로부터 사방으로 날아가는데 이 태양풍은 원자핵과 전자가 스프처럼 섞인 (일반적인 물질과 같이 원자를 이루는 형태가 아닌...) 형태를 띄고 있습니다. 이 태양풍 안에는 물론 헬륨원자들도 포함되지만 수소원자 등등...도 포함되어 있습니다. (그 비율은 태양을 구성하는 원자들의 비율과 거의 일치하겠죠.) 따라서 태양풍이 달까지 도달하게 된다면 수소가 가장 많을테고, 헬륨이 그 다음으로 많을 것입니다.
문제는 헬륨원자핵이 암석과 충돌하였을 때 과연 이 헬륨원자핵이 암석 속에 안정적으로 존재할 수 있느냐 하는 것입니다. 태양풍이 아무리 밀도가 낮은 플라즈마라도 하더라도 태양풍이 몰아친 시간이 수억 년은 될 것이므로 충분히 많은 양의 헬륨이 달의 표면에 도달할 수 있습니다.... 그렇지만 헬륨이 암석 속에 안정적으로 존재할 수 없다면 우리가 이용할 수 있는 양은 매우 적어질 것입니다.
이전 나의 글에서 이미 언급했듯이 현재의 기술로 헬륨을 보관하는 작업은 매우 힘든 일입니다. 고분자 화합물로 된 용기(풍선 같은..)는 물론이고 일반적인 금속으로 되어있는 용기 안에 존재하는 헬륨이라고 하더라도 웬만하면 금속 벽을 뚫고 끊이없이 외부로 날아갑니다. 이런 성질의 헬륨원자가 어떻게 방대한 양이 암석 속에 존재할 수 있을까요?
더군다나 헬륨 원자핵의 존재비율을 살펴보면 He3는 (지구상에서) 0.00013%밖에 존재하지 않습니다.[각주:1] 따라서 많은 양의 헬륨이 달의 암석 속에 포함된다고 하더라도 He3이 존재하는 양은 엄청나게 적습니다. (뉴스를 그대로 믿는다고 할 때 He4는 암석 안에 존재하지 않고 He3만 암석 속에 보존된다는 어떤 메커니즘이 존재해야 합니다. -_-) 더군다나 이 두 질량의 헬륨은 사실상 나누기가 매우 어렵습니다. (우라늄을 원자폭탄용과 원자력발전용으로 나누는 기술이 매우 어려운 것과 비슷한 이치입니다.) 달에 He3가 존재한다고 해도 과연 달에서 암석을 높은 온도로 가열하여 헬륨이 밖으로 나오게 한 뒤에 이를 모아서 He3를 분류해 내고, 이를 잘 보관해서 지구까지 운반해 올 수 있느냐 하는 문제입니다.? 그것도 경제적인 조건까지 모두 만족시키면서????
다음 이야기는 핵융합 발전에 관한 이야기입니다. 뉴스에서도 이야기하는 것이지만.... 아직 어느 나라도 핵융합 발전을 진행시키지 못하고 있습니다. 일단 현재 과학자들이 희망하는 것은 수소의 동위원소인 D나 T를 두 개 핵융합해서 헬륨(He4나 He3)을 만들어 내는 것입니다. 사실 이 방법을 사용하고자 하는 이유는 이 반응이 핵융합을 일으킬 수 있는 최저 온도가 가장 낮기 때문입니다. 기사에서 이야기하는 He3과 D를 핵융합시키는 것은 더 높은 온도를 필요로 합니다. 따라서 이 기술이 상용화 하기 전에 D를 이용한 핵융합이 상용화 될 가능성이 매우매우 높습니다. 그리고 더 중요한 것은 지구상에 있는 D를 모아서 핵융합에 성공하면 이 양만 해도 인류가 1000년동안 사용할 수 있습니다. 이 양은 (기사 내용을 인정할 때) 달에 있는 He3를 모두 사용해서 핵융합하여 얻을 수 있는 에너지 양과 비슷한 양입니다. 물론 우리 인류는 1000년이 지나기 전에 우주기술을 개발해서 더 많은 양의 여러 자원을 확보할 수 있을테니.... 아마도 He3를 사용한 핵융합발전은 지구상에서 상용화 될 가능성은 거의 없다고 보여집니다.
왜 현실성도 없는 He3문제가 기사화 됐을까요? 이전에도 한번 이런 분석적인 글을 다뤘었지만.... 일부 외국 언론과 기업에 의해서 전 세계적인 낚시질이 있었다고 생각됩니다.
엮인글과 댓글들
금밟는소년2006/03/11 19:38 핵융합이론이 매력적이기는 하죠. 되면 대박이야~~ 같은 심리가 아닐런지.. 역시 낚시질도 블럭버스터가 있나봐요 :)
물론 제가 생각한 완전 낚시라고만 생각했던 것이 어느정도 타당성이 있는 경우도 있습니다. "상온핵융합"의 경우 실험자는 별로 가치없다고 생각한 "음파발광학" 이론이 언론에 의해 낚시질로 부풀려진 경우이고..(제가 볼때는 그래도 가능성이 조금은 남아있습니다.) 일본에서의 "상온 초전도체" 실험도.... (아직 그 현상이 왜 그렇게 나타났는지 밝혀지지 않고 있습니다. 이 현상을 규명한다면 에너지 대박이 일어날지도 몰라요. ^^)
하지만... 이런 이론은 별로라고 생각합니다. 아닌 것 같은데 될 가능성이 있는 건 말 그대로 10년에 한 번 정도밖에는...
ps. 근데 저도 이 글을 쓰면서 대박낚시라고 하려고 했었는데.... 마음이 딱 통했네요. ㅎㅎ
그 이득이란 것의 자세한 내용을 말씀해 주실런지요? 보도 차원에서 기사 하나 더 확보한 거랑 조회수가 좀 늘어난 것 이외의 것을 말입니다. 물론 해당 발표를 한 기업 역시...
stvast2006/03/13 10:07 온도가 문제가 아니라 반응 시간이 좀 더 걸립니다.(1억도를 기준으로 하면 한 100배정도..) 그리고 낚시성인지 아닌지는 그 기사를 인용한 원문을 뒤져봐야 결론을 내릴 수 있을것 같습니다. ps. 낚시는 둘째 문제고 그 기사를 쓴(혹은 인용, 번역?) 기자의 자질이 더 문제라고 생각합니다. ps. 확실하지 않은 정보: 헬륨은 불활성 기체이므로 화학반응 없이 암석속에 고스라니 있을 가능성은 높습니다. 물론 HE-3이 HE-4에 비해 얼마나 안정한지 잘 모르겠지만... 또 화학반응이 있었더라도 정제하면 그만...
그럼 똑같은 온도에서 반응을 시작한다는 말씀입니까? ㅎㅎㅎㅎ 중수끼리의, 혹은 중수와 삼중수소의 반응이 가장 반응온도와 반응밀도가 낮습니다. 그래서 현재 과학자들이 그 쪽으로 연구하는 것이 확실하구요.
낚시성에 대해서는 역시 원문을 확인해 보는 것이 중요하겠죠. 원본에서는 가능성 등만 언급했을수도 있는데 도중에 부풀려졌을 가능성이 높으니 연구소에서 혹은 기업체에서 발표한 원문을 확인하는 것이 좋겠다고 생각합니다. 다만 그것을 구할수도, 그해봤자 내 실력으로 확인할 수도없군요. (뭐 하여튼 어디선가 대규모 낚시질이 있었던 것은 확실한듯. ^^)
He는 3이나 4나 모두 화학반응하지 않습니다. (지금까지 알려지지 않은 상태가 존재한다면 또 모르죠. ㅎㅎ) 암석속에 고스란히 남아있기도 쉽지 않은 상황이고..... 또 남아있을 가능성이 있다고 하려고 긍정적으로 생각해도 문제는 헬륨이 존재할 곳이 달의 지표 수m 윗쪽 표면이란 것이 문제를 발생시킵니다.
알려주신 ppt는 잘 봤습니다. 이 그래프에서는 나오지 않았지만 핵융합에는 온도와 압력이라는 두 가지 요소가 중요한 요인이란 것은 잘 아시리라 믿습니다.(촉매를 사용하느냐도 물론 중요한 과정의 변화를 만들어 냅니다만) 그래서 p끼리 핵융합하는 확률은 D나 T나 He3이 핵융합하는 확률보다 매우 낮습니다만 압력이 높기 때문에 태양 내부에서는 비교적 저온에서도 핵융합이 일어나는 것이구요.
하지만 이러한 논의의 기본으로 전제되는 것이 핵융합에 사용되는 원료 원자핵들끼리 서로 접촉할 수 있느냐 하는 문제가 아니겠습니까? 수소원자핵끼리, 헬륨원자핵끼리, 또 혼합된 상태에서 이들이 서로 접촉을 하려면 쿨롱의 반발력과 강력의 반발력을 이겨내고 접촉해야 합니다. 일단 반발력을 이겨낼 에너지(온도)가 플라즈마에 존재하게 되면 그 뒤부터는 밀도에 따라서 얼마나 빈번히 원자핵끼리 부딪히는 빈도가 발생하느냐의 확률에 따르겠지요.
그래서 기본적인 핵융합에서는 핵반응이 시작되는 온도를 이야기하는 것입니다. 반발력을 이겨낼 수 있는 에너지가 각 원자핵들에게 없다면 반응에 대한 물리과정이 확 달라지기 때문입니다. (이 때는 정상적인 방법이 아니라 터널링을 고려해야 하는데.... 우리가 이야기하는 핵융합과는 거리가 아주 멀죠. 위에 stvast님께서 말씀하신 상온에서도 핵융합이 일어날 수 있다는 말씀은 이를 염두에 두셨는지는 모르겠지만, 이 부분은 반응 메커니즘이 틀린 것이므로 이야기할 가치는 없다고 생각합니다.)
그래서 He3를 이용한 핵융합과 D와 T를 이용한 핵융합의 가능 온도가 틀려지는 것이고, 반응이 일어나는 같은 온도의 경우 확률이 차이가 나는 것입니다.(이건 열역학과 양자역학을 조금만 공부하셨어도 아시는 부분이라고 생각합니다.)
솔직히 stvast님이 알고 있는 수준이 어느정도이고, 또 어느정도까지 설명드려야 납득하실런지 참 애매하군요.
출처 : 엠파스 백과사전 (중요한 것은 거의 존재하지 않는다는 것! 우주 전체에서의 비율을 누가 알려주셨으면 좋겠습니다. 제가 갖고 있는 옛날 책에 따르면 우주 전체에서의 비율도 거의 비슷하다고 나와있는데요..) [본문으로]
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