중수소-삼중수소연료 (Deuterium-Tritium Fuel)
쉽게 풀면
중수소-삼중수소연료는 수소 가족 중 두 형제인 중수소와 삼중수소를 섞은 핵융합용 연료입니다. 일반 수소보다 중성자를 하나 또는 두 개 더 가진 무거운 수소라고 생각하면 됩니다. 이 두 원료를 결합시키면 다른 핵융합 반응 조합보다 상대적으로 낮은 온도에서도 반응이 잘 일어나기 때문에, 현재 대부분의 핵융합 실험 장치가 이 연료 조합을 사용합니다. 반응 과정에서 헬륨과 고에너지 중성자가 함께 만들어집니다.
왜 중요한가
핵융합 반응 조합 중 중수소-삼중수소 반응이 상대적으로 가장 낮은 온도와 조건에서도 큰 에너지를 낼 수 있어, 현재 기술 수준에서 가장 현실적인 접근으로 평가받습니다. 핵융합공학 논문에서는 이 연료의 반응 특성, 삼중수소 확보 및 증식 방안이 자주 다루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
중수소-삼중수소 반응에서 나온 중성자의 에너지 분포를 조사한 연구임을 보여줍니다.
삼중수소 공급 문제를 해결하기 위한 별도의 증식 기술 연구가 병행되고 있음을 설명합니다.
조금 더 깊게 보면
중수소는 바닷물에서 비교적 쉽게 얻을 수 있지만, 삼중수소는 반감기가 짧고 자연에서 거의 발견되지 않아 별도의 증식이 필요합니다. 이를 위해 핵융합로 벽면에 리튬을 포함한 증식 블랑켓을 설치해, 반응 중 발생하는 중성자와 리튬이 반응하여 삼중수소를 새로 생산하는 방식이 연구되고 있습니다. 중수소-삼중수소 반응은 헬륨 원자핵과 함께 약 14.1MeV의 높은 에너지를 가진 중성자를 방출하는 것이 특징이며, 이 중성자의 에너지 대부분이 블랑켓에서 열로 회수되어 발전에 이용될 것으로 기대됩니다.
주의할 점
중수소-삼중수소 반응에서는 고에너지 중성자가 다량 발생해 장치 구조물의 방사화와 재료 손상을 유발할 수 있으므로, 이에 대비한 재료 및 차폐 설계가 함께 고려되어야 합니다. 삼중수소는 반감기가 약 12년으로 비교적 짧아 대량으로 미리 비축해 두기 어려우므로, 증식 비율(tritium breeding ratio)을 1 이상으로 유지하는 것이 실용 핵융합로 설계의 중요한 전제 조건으로 다뤄집니다.