[!INFO] 책 정보

• 저자: 저자/나용수
• 번역:
• 출판사: 출판사/계단
• 발행일: 2024-01-30
• origin_title: -
• 나의 평점: 10
• 완독일: 2024-03-28 00:00:00

태양을 만드는 사람들

1. Befor Qustion

원자력이 어떤건지 알아보자 이책 다음에 다시 생각하는 원자력 이책도 도전

언더스탠딩에서 소형원자력에 대해 듣고 한국경제신문 책소개에서 봄 https://www.hankyung.com/article/2024022362091

2. Synopsis (개요)

2.1 저자 -나용수

국내인물 과학자/공학자 2001 - 2003 독일 뮌헨공과대학 물리학과 플라즈마물리학 박사 1998 - 2000 서울대학교 원자핵공학과 핵융합공학 석사 1994 - 1998 서울대학교 원자핵공학과 학사 2017 - ITER 통합운전시나리오 국제전문가 그룹(International Tokamak Physics Activity, Integrated Operation Scenario Topical Group) 의장 2017 - 서울대학교 원자핵공학과 교수 2015 - 2016 미국 프린스턴 대학교, Visiting Scholar 2014 - 2017 ITER 통합운전시나리오 국제전문가 그룹(International Tokamak Physics Activity, Integrated Operation Scenario Topical Group) 부의장 2012 - 2017 서울대학교 원자핵공학과 부교수 2008 - 2012 서울대학교 원자핵공학과 조교수 2006 - 2008 국가핵융합연구소 선임연구원 2004 - 2005 독일막스플랑크플라즈마물리연구소 방문연구원(Gast Wissenschaftler) 2003 - 2006 국가핵융합연구소 박사후연수원 2001 - 2003 독일막스플랑크플라즈마물리연구소 박사과정연구원(Doktorand)

2.2 주제

2.3 기획 및 지필 의도

2.4 주요 등장 인물

2.5 전체 줄거리

3. After My Idea

3.1 Insight

• 원자력 발전에 대해서 공부하려고 했는데, 읽다보니 핵융합의 다른 분야의 책이다
• 그만큼 무지했었다.
• 핵융합이 차세대 에너지 원으로 각광받고 있으나, 지금은 그 초입에 있을 뿐이다
• 이 분야에서 다행스럽게도 우리나라도 한 축을 담당하고 있어 자랑 스럽다.
• 다시 한번 읽어보고 싶은데, 기회가 있을지 모르겠다.

3.2 After Qustion

• (why) 이 책의 제목을 이렇게 지은 이유는?

• (how) 어떻게 설명하고 있는가? 어떻게 하라고 하는가? 어떻게 해야하는가?

• (where) 어느 곳에서 쓴 책인가? 어느 것을 위해 쓴건인가? 어디로 가야하는가? 어디에서 읽어야 하나? 그곳은 어떤 곳인가?

• (when) 이책은 언제 쓰여졌는가? 시대적 배경은 무엇인가? 언제를 기준으로 쓰였는가? 언제 할것인가?

• (who) 저자는 누구인가? 주인공은 누구이고 어떤 사람들이 나오나? 누구를 위해 저자는 말하는가?

• (why) 이책을 통한 질문을 만들기

  • 질문 1.
  • 질문 2.

• (what) 이 책에서 말하는 주제라는 무엇?

  • 알게된 것은 무엇인가?
  • 해야할건 먼가?
  • 다른 책과 다른 점은 먼가?
  • 이 책의 특징은 먼가?

3.3 Top 3 Highlight

물질은 고체, 액체, 기체, 플라즈마의 네 가지 상태로 존재하는데, 태양은 기체가 이온화되어 원자에서 전자와 원자핵이 분리된 플라즈마 생태이다

• 인공 태양을 만들기 위해 태양을 모델로, 인간이 강한 핵발전 을 이룰수 있는 과정
  • 청청하고,안정하고, 상대적 이용가능(낮은 온도로 동작가능) 한 구조를 만드는 과정
  • 원자에서 양자가 핵에 모일수 있는 원리 (중성자와 양자가 올바른 비율로 안정적으로 모여 있을 수 있음)

4. Key Word 책에서 뽑은 키워드 정리

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4.1 태양

한스 베테 - 태양의 비밀을 밝힌 과학자 - 아르놀트 조머펠트 교수의 제자 #태양

1. 크기

지름: 약 139만 2천 km (지구 지름의 약 109배) 부피: 약 130만 배 태양계 전체 질량의 99.86% 차지 2. 성질

주성분: 수소 (약 73%), 헬륨 (약 25%) 표면 온도: 약 5,500℃ 중심 온도: 약 1,500만℃ 분광형: G2V (G형 주계열성) 밝기: 태양 1개가 1억 3천만 개의 지구만큼 밝음 3. 질량

약 1.989 x 10^30 kg (지구 질량의 약 33만 3천 배) 태양계 전체 질량의 99.86% 차지 4. 열

태양 에너지는 핵융합 반응으로 생성 중심부에서 수소 원자가 헬륨 원자로 융합 엄청난 양의 에너지 방출 (지구에 도달하는 에너지는 1당 1.4kW) 태양 에너지는 지구 생명체에게 필수적인 에너지원 5. 기타 특징

태양 활동: 태양 흑점, 플레어, 코로나 질량 방출 등 태양풍: 태양에서 끊임없이 방출되는 플라즈마 입자 흐름 태양계 형성: 약 46억년 전 가스 구름의 붕괴로 형성 6. 태양에 대한 흥미로운 사실

태양은 지구보다 약 109배 더 크다. 만약 태양이 축구공 크기라면 지구는 콩알 크기일 것이다. 태양 에너지는 지구에 도달하는데 약 8분 20초 걸린다. 태양은 매초 약 6억 톤의 수소를 헬륨으로 변환한다. 태양은 약 50억 년 후에 적색 거성으로 변해 지구를 삼킬 것이다.

태양의 나이는 약 45억 6천 7백만 년입니다. 핵우주 연대학 및 항성진화 컴퓨터 모델에 따르면, 태양은 약 45억 6천 7백만 년 전에 형성되었고 현재 주계열 단계에 있습니다.

태양의 일생

형성: 약 45억 6천 7백만 년 전 가스 구름의 붕괴로 형성 주계열 단계: 현재 태양이 있는 단계. 핵융합을 통해 에너지를 생산하며, 안정적인 상태를 유지 적색 거성 단계: 주계열 단계 후 수소 연료가 부족해지면 팽창하여 적색 거성으로 변함. 지구를 포함한 내행성을 삼킬 것으로 예상 백색왜성 단계: 적색 거성 단계 후 핵융합이 끝나면 붕괴하여 뜨거운 백색왜성으로 변함 흑색왜성: 백색왜성이 식으면서 빛을 거의 내지 않는 흑색왜성으로 변함 태양의 남은 여생

태양은 현재 주계열 단계의 중간쯤에 있으며, 앞으로 약 50억 년 동안 더 주계열 단계를 유지할 것으로 예상됩니다. 그 후 적색 거성 단계, 백색왜성 단계, 흑색왜성 단계를 거쳐 사멸할 것입니다.

• 태양 내부에서는 초당 약 2000억 개의 수소폭탄이 끊임없이 터지고 있다. 120
• 태양의 질량은 지구보다 33만배 크다,
• 표면 중력은 지구보다 28배크다
  • 큰 중력으로 플라즈마는 우주로 확산되지 않고 태양에 붙들려 있다.

핵력

원자에서 양성자는 서로 밀어내는 양전하를 가지고 있기 때문에, 마치 자석의 같은 극끼리 서로를 밀어내는 것처럼 보일 수 있습니다. 하지만 실제로는 양성자가 원자핵에 모일 수 있는 이유가 있습니다.

1. 강한 핵력:

양성자와 중성자는 강한 핵력이라는 힘에 의해 서로 묶여 있습니다. 강한 핵력은 매우 짧은 거리에서만 작용하지만, 전자기력보다 훨씬 강력한 힘입니다. 이 강력한 핵력은 양성자 사이의 척력을 극복하고 원자핵을 형성하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.

2. 중성자의 역할:

대부분의 원자핵에는 양성자 외에도 중성자가 존재합니다. 중성자는 전하를 띠지 않기 때문에 양성자 사이의 척력에 영향을 미치지 않습니다. 하지만 강한 핵력에는 영향을 미치기 때문에, 중성자는 양성자 사이의 거리를 유지하고 원자핵을 안정시키는 역할을 합니다.

3. 파울리 배타 원리:

파울리 배타 원리에 따르면, 두 개의 페르미온(반정수 스핀을 가진 입자)은 동일한 양자 상태를 가질 수 없습니다. 양성자는 페르미온이기 때문에, 서로 다른 에너지 준위를 가지고 있어야 합니다. 따라서 모든 양성자가 하나의 에너지 준위에 몰리지 않고, 서로 다른 에너지 준위를 채우면서 원자핵 안에 안정적으로 분포하게 됩니다.

4. 원자핵의 크기:

원자핵은 굉장히 작은 크기를 가지고 있습니다. 원자의 전체 크기와 비교했을 때, 원자핵은 10만분의 1 정도밖에 되지 않습니다. 이렇게 작은 공간에 양성자가 모여 있기 때문에, 강한 핵력이 양성자 사이의 척력을 극복하고 원자핵을 안정적으로 유지할 수 있습니다.

결론:

양성자는 서로 밀어내는 힘을 가지고 있지만, 강한 핵력, 중성자, 파울리 배타 원리, 그리고 원자핵의 작은 크기 덕분에 원자핵에 모일 수 있습니다. 이러한 힘들의 조화로운 작용이 원자의 안정성을 유지하는 중요한 역할을 합니다.

6.책 밑줄 정리 (책 밑줄 전체,page)

1부, 별이 빛나는 이유

• 요제프 폰 프라운호퍼

  • 태양의 스펙트럼 분광기(발명) 통해 빛 분석 , 검은 띄 현상 발견 - #프라운호퍼선
  • 프라운호퍼선
    • 빛의 특정 파장이 원소별로 고유하게 흡수되어 생기는 선
    • 이를 통해 어떤 성분으로 이루어져 있는지 알 수 있었다 32p
    • 태양이 대부분 수소로 이루어 졌음을 알아냈다.

• 열역학 제1법칙 - 에너지 보존 법칙33p

• 질량 - 에너지 법칙 - 아인슈타인

  • 질량은 물질이 가진 고유의 양이다 , 질량이 있는 물체가 받는 힘, 중력이 바로 무게다

• #1868년 장센, 로키어가 태양에서 헬륨을 발견

• 충진효과 42

  • 원자가 결함하면서 질량이 줄어주는 현상

• #온도

  • 어떤 계를 구성하고 있는 입자들의 평균 운동 에너지
  • 방안의 공기 입자는 서로 끊임없이 충돌, 특정한 방향성 없이 골고루 에너지를 나눠 갖는다
    • 이것을 ‘열화 과정 thermalization’ 이라한다
    • 이때의 입자들의 열-운동 에너지 평균값을 ‘온도’ 라고 한다 129

97p 

• 안전하고 청청한 핵융합을 찾아라

1. 중수소 + 삼중수소
   • 중수소는 바닷물에 많다
   • 삼중수소는 극 희박
   • 삼중수소 방사능 위험성 있다
   • 반은시킬 온도가 상대적 낮다
2. 중수소 + 중수소
   • 반응시킬온도가 높다
3. 중수소 + 헬륨3
   • 헬륨이 지구에 거의 없다. 달에 많다
   • 반응 온도도 높아야 한다.

• 청정한 핵융합 발전의 조건

  • 에네지 발생량이 많고, 상대적으로 낮은 온도에서 반응확률이 높고, 방사능 위험이 적은 방법을 찾아야 한다 105

• 이온화 116

• 플라즈마

[로런츠 힘](로런츠 힘) 전하를 띤 입자가 움질일 때 전기장과 자기장에 의해 받는 힘 122 

[러더퍼드 - 핵물리학의 아버지](러더퍼드 - 핵물리학의 아버지)

전자기 유도

토러스 - 도넛, 타이어 모양 같은 것을 말한다.

원자를 중심부에 가둬놓는 방법을 구상

• 빔-표적 방식의 핵융합 133
• 전기장으로 이온을 구의 중심부에 가둠 138
• 조임 장치 방법 145
• 도넛모양 핵융합 장치 152
• $\theta$ - 조임 장치 169

2부, 토카막의 탄생

• #오로라

  • 지구 극지방의 플라즈마가 지구 자기장에 반응해서 생겨난 현상 164
  • 
  • https://newsteacher.chosun.com/site/data/html_dir/2021/11/08/2021110802201.html

• 우리는 먼저 토카막 내부에 있는 태양의 본질을 표현할 수 있는 물리 변수들을 파악해야 합니다. 234 🤔 어떤 것에 대한 이해나 알기원한다면, 본질이 무엇인지, 그 본질을이루는 요소는 무엇인지 먼저 찾아야한다.

• #1969년 인류가 달에 첫 발을 내딛고, 콩코드 여객기가 초음속비행하고, 토카막 T-3가 행융합의 큰 흐름을 만들었다 346

• 토카막 Tokamak

  • 자기장 코일이 감긴 토러스 형태의 용기
  • T-3 플라즈마 온도 1000만도 달성
  • 참고 자료
    • https://e-policy.or.kr/info_2022/list.php?admin_mode=read&no=10801&make=&search=&prd_cate=1

핵융합 반응 유도 방식 토카막, 스텔러레이터, 레이져 https://e-policy.or.kr/info_2022/list.php?admin_mode=read&no=10801&make=&search=&prd_cate=1

3부, 인공태양으로 가는길

• ITER 국가간 공조를 통해 협력
• https://e-policy.or.kr/info_2022/list.php?admin_mode=read&no=10801&make=&search=&prd_cate=1

4부, 핵융합 발전이 가능하려면

• 핵융합반응을 유지하기 위한 조건 - 핵융합 삼중곱 - 로슨 조건 322

• 테스트 블랭킷 모듈 - 315,318

• 핵융합 발전의 장점

  • 동일한 전력을 생산하는데 필요한 연료량 - 매우 효율적
    • 동일 전력생산 기준 석유발전은 150만톤, 원자력-우라늄 30톤, 핵융합-중수소+삼중수소 10톤,
  • 발전단가
    • 핵융합 발전소 건설 비용 예상은 풍력발전 < 핵융합발절전 < 원자력발전소

• 텅스텐,

• 스테인레스강 - 녹이 슬지 않는 합금, 강도 크고, 부식에 강함

  • 핵융합 발전에서 많이 사용

• 핵융합 재료는 플라즈마의 고열과 중성자를 견뎌야 하며 불순물이 되었을 때 플라즈마에 미치는 영향도 최소화해야 하는 많은 요구를 만족해야 한다. 357

  • 이런 재료 개발 , 가공, 물성 평가 기술은 다양한 분야에 파급 효과가 클것이다

5부, 우리나라의 핵융합

• 한국의 핵융합 연구의 이정표를 제시한 SNUT-79

  • 79년 개발 - 서울 대학교 토카막

• KSTAR 시작에 힘을 보태준, 추천사를 써준 독일 막스프랑크 플라즈마 물리 연구소 - 프리츠 바그너 교수

  • 독일시내 카니발을 보고 우리나라 가능성을 보았다고 한다 383
  • 초기 프로젝트 책임 - 이경수 박사

• 고려제강, 현대중공업

  • 초전도 토카막 장치를 지을 여건이 미흡해 보였지만, 우리나라 산업체는 초정밀을 요하는 거대한 별을 쏘아 올릴 역량을 자신도 모르게 이미 갖추고 있던 것이다.

• 1997년 외환위기로, KSTAR 프로젝트 위기, 우리나라 과학자들과 해외 과학자들의 설득으로 , 나라 위기에서도 프로젝트는 유지 되었다 386

  • 사업은 중지하지만 연구원들의 월급은 지급할 수 있었다. 이후 4년동안 설계를 재검도하는 시간을 갖게 된다.

• 일본,중국,인도등도 토카막을 성공하기 시작하면서, 무게중심이 아시아로 옮겨지기 시작한다 397

• 핵융합 에너지 개발을 위한 국가계획 8대 핵심 기술

  1. 핵융합로 노심 플라즈마 기술
  2. 증식블래킹 기술
  3. 핵융합로 소재 기술
  4. 연료 주기 기술
  5. 디버터 기술
  6. 가열 및 전류 구동 기술
  7. 초전도 자석 기술
  8. 안전.인허가 기술

아르놀트 조머펠트

아르놀트 요하네스 빌헬름 조머펠트(Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, 1868년 12월 5일 - 1951년 4월 26일)는 원자와 양자 물리를 주로 연구한 독일의 이론 물리학자이다. 그는 81 회 노벨상 후보로 지명되었고, 교수로 재직하면서 훗날 노벨상을 수상하게 될 많은 학생들을 지도하였다. 그의 대표적인 업적은 보어의 양자조건을 수소라는 특정한 대상에만 한정하지 않고 일반물리계에도 적용할 수 있도록 확대하였다는 것과 미세구조상수를 발견했다는 것이다. 또한 조머펠트는 엑스선 파동 이론의 선구자이기도 하다.

한스 베테

독일 태생의[1] 미국 물리학자, 천문학자. 조머펠트의 제자

항성의 에너지원인 수소 핵융합 과정에 대한 이론을 정립한 매우 중요한 업적을 세웠다. 이 연구로 1967년 노벨 물리학상을 수상하였다. 이에 앞서 2차대전 중에는 미국에서 활동했던 당대 최고의 핵물리학자 중 한명으로서 맨해튼 계획에도 참여했으며, 원자폭탄의 효율을 계산하는 베테-파인만 방정식을 만들었다.

여담이지만 고체물리학 분야에도 기여를 했으며, 일반화학에서 배우는 결정장 이론[2]을 발표한 사람이다.

엔리코 페르미

에드워드 텔러

레프 아르치모비치

안드레이 사하로프

이고리 탐

이고리 쿠르타토프

이고리 골로빈

레프 란다우

나탄 야블린스키

보리스 카돔체프

비탈리 샤프라노프

게르쉬 부드케르

하네스 알벤

조지 톰슨

피터 소너맨

라이먼 스피처

마셜 로젠블루스

프리츠 바그너

정기형

최덕인

정근모

정근모(鄭根謨, 1939년 12월 30일 ~ , 서울)는 대한민국의 물리학자이자 원자력 전문가이며 과학기술 행정가이다. 유호정이 22세 8개월로 2018년에 기록을 경신하기 전까지 대한민국 최연소 박사 학위 취득 기록을 갖고 있었다.[1] (23세 5개월) 과학기술처 장관을 2번 지냈고, 한국과학원(현 한국과학기술원) 설립을 주도하고 2대 부원장도 맡았다.

2007년 대한민국 대통령 선거에 참주인연합(미래희망연대의 전신) 소속 대선후보로 출마했다. 1955년 3월 : 경기고등학교 입학 1955년 7월 : 서울고등학교 1년 수료 조기졸업 1959년 : 서울대학교 물리학과 졸업 1960년 : 서울대학교 行政大學院 석사과정 수료 1963년 : 미시간 주립 대학교 이학박사 1964년 ~ 1966년 : 프린스턴 대학교 박사후(Post-Doc) 과정 1994년 : 미시간 주립대학교 명예공학박사 1995년 : 미국 Polytechnic대학교 명예공학박사

이경수

의원배지 포기하고 핵융합 창업…‘인공태양’ 이경수 박사의 꿈 기사-중앙일보 이경수(李京洙, 1956년 6월 7일 ~ )는 대한민국의 핵융합물리학자이다. 1975년 2월: 경북고등학교 졸업 1975년 3월 ~ 1979년 2월: 서울대학교 물리학과 학사 1979년 3월 ~ 1980년 8월: 서울대학교 대학원 물리학과 재학 1980년 9월 ~ 1980년 12월: 미국 시카고 대학교 물리학과 재학 1981년 1월 ~ 1986년 5월: 미국 텍사스대학교(오스틴) 플라즈마 물리학과 박사

인공태양 ‘KSTAR’, 1억도 플라즈마 운전시간 기존 기록 경신…세계 최고역량 재차 증명 https://www.etnews.com/20240320000100 이온온도 1억도 초고온 플라즈마 48초 운전, 고온·고밀도 플라즈마를 유지하는 고성능 플라즈마 운전모드(H-모드) 102초 운전 기록

[원자력 발전 과 핵융합 발전](원자력 발전 과 핵융합 발전)

국제핵융합실험로 ITER :: International Thermonuclear Experimental Reactor

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이제는 누구나 안다. 태양이 빛을 내는 건 핵융합의 결과라는 것을. 그리고 이제 과학자들은 ‘인공 태양’을 만드는 일, 다시 말해서 핵융합 발전에 인류의 미래를 걸고 있다. <태양을 만드는 사람들>은 이 핵융합 발전의 원리와 역사, 현황을 다룬 책이다. 나용수 서울대 원자핵공학과 교수가 썼다. 핵융합에 대해 알고 싶은 일반인에겐 상당히 좋은 입문서다. 핵융합은 고에너지의 플라즈마 상태에서 원자핵들이 합쳐져 더 무거운 원자핵을 만드는 반응을 말한다. 태양에선 4개의 수소 원자가 합쳐져 하나의 헬륨 원자가 만들어진다. 이 헬륨 원자 질량은 4개의 수소 원자보다 0.8% 적다. 줄어든 질량만큼 에너지가 방출된 것이다.

핵융합은 장점이 많다. 탄소를 배출하지 않고 방사성 폐기물도 생기지 않으며 폭발 위험도 없다. 대신 만들기가 어렵다. 태양은 사실 고온의 플라즈마가 공처럼 뭉쳐 있는 것이다. 플라즈마는 우주 공간으로 흩어지려고 하는데 거대한 태양의 중력이 이를 붙들고 있다. 또 태양은 엄청난 중력 덕에 상대적으로 높지 않은 온도에서 핵융합을 일으킬 수 있다.

양전하가 서로를 밀어내는 힘을 이겨내고 핵융합이 일어나려면 엄청난 고온과 중력 중 하나가 필요하다. 지구 중력은 강하지 않기에 섭씨 1억도 이상의 온도가 요구된다. 고온의 플라즈마가 흩어지지 않게 자기장으로 이를 가두는 장치도 필요하다. 한국 미국 러시아 유럽연합(EU) 일본 중국 인도 등 7개국이 주축이 된 국제핵융합실험로(ITER·이터) 프로젝트가 중요한 시험대가 될 전망이다.

저자는 “ITER는 21세기 과학의 총결정체라고 할 수 있다”며 “ITER를 성공적으로 건설하고 운전할 수 있게 되면 핵융합 상용화로 가는 길이 열릴 것”이라고 했다.

#원자력 #핵

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