인공지능이 핵융합 에너지를 발전시키다: AI를 활용한 플라즈마 제어 혁신

 

안녕하세요 꾸꾸입니다!

핵융합 에너지란 무엇인가?

우리는 깨끗하고 무한에 가까운 에너지를 찾기 위해 수십 년간 연구를 거듭해왔습니다. 그중에서도 핵융합 에너지(Fusion Energy)는 가장 혁신적인 대안으로 손꼽히고 있습니다.

핵융합은 태양과 별에서 자연적으로 일어나는 반응으로, 두 개의 원자핵이 융합하면서 막대한 에너지를 방출하는 과정입니다. 이는 현재 널리 사용되는 핵분열(Fission) 방식과 반대되는 개념입니다.

 

핵융합이 상용화된다면, 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 청정에너지로 자리 잡을 것입니다. 하지만 기술적 난제가 많아 상용화까지는 많은 연구가 필요합니다. 특히, 플라즈마의 불안정성 문제는 해결해야 할 핵심 과제 중 하나입니다.

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핵융합 에너지의 어려움: 플라즈마 불안정성 문제

핵융합 반응을 일으키려면 원자핵이 고온(수백만 도 이상) 상태에서 움직여야 합니다. 이때 원자핵은 기체보다 더 뜨거운 플라즈마 상태로 존재하게 됩니다.

문제는 이 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것이 매우 어렵다는 점입니다. 플라즈마가 토카막(Tokamak)이라는 도넛 모양의 장치 내부에서 유지되어야 하는데, 시간이 지나면서 플라즈마가 흔들리거나 불안정한 패턴(플라즈마 파손)이 발생할 수 있습니다. 이렇게 되면 반응이 멈추고, 에너지가 생산되지 않으며, 장비에도 큰 손상이 갈 수 있습니다.

이 문제를 해결하는 것이 핵융합 연구의 가장 큰 난제 중 하나였습니다.

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인공지능(AI)이 핵융합 문제를 해결하다

최근 프린스턴 대학과 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소의 연구진이 AI를 이용해 플라즈마 불안정성을 예측하고 제어하는 방법을 개발하는 데 성공했습니다.

이 연구는 미국 샌디에이고 DIII-D 국립 핵융합 연구소에서 진행되었으며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 발표되었습니다.

연구진은 인공지능(AI) 모델을 이용해 플라즈마의 불안정성이 발생하기 최대 300밀리초 전에 이를 감지하고, 이를 사전에 제어하는 시스템을 구축했습니다. 이를 통해 플라즈마가 갑자기 사라지는 현상을 방지하고, 핵융합 반응을 보다 안정적으로 유지할 수 있는 가능성을 열었습니다.

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이번 연구의 의미와 중요성

이 연구는 핵융합 연구에 있어 중요한 한 걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있습니다.

1. 핵융합 반응의 지속성 향상: AI를 통해 플라즈마 불안정을 사전에 감지하고 예방할 수 있기 때문에 반응을 보다 오랫동안 유지할 수 있습니다.
2. 핵융합 장비의 수명 연장: 불안정성이 줄어들면 장비에 가해지는 부담도 줄어들어 토카막 같은 장치의 내구성이 증가합니다.
3. 상용화 가능성 증가: 핵융합 발전소는 24시간 안정적으로 작동하는 것이 필수적인데, 이번 연구는 이를 가능하게 할 중요한 기술적 초석을 마련했습니다.

   

 

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최근 핵융합 연구의 성과

AI를 활용한 제어 기술 외에도, 최근 핵융합 연구는 여러 가지 중요한 성과를 내고 있습니다.

• 영국 옥스퍼드 연구팀의 핵융합 기록 갱신: 최근 영국 연구진은 69메가줄(MJ)의 핵융합 에너지를 5초 동안 유지하는 데 성공했습니다. 이는 약 12,000가구를 5초 동안 공급할 수 있는 양입니다.
• 미국의 핵융합 점화(Ignition) 실험 성공: 2022년 12월, 미국 연구진은 처음으로 순수한 핵융합 에너지를 생성하는 ‘점화(ignition)’ 과정을 달성했고, 이후 세 차례 더 이를 재현하는 데 성공했습니다.

이러한 연구들은 핵융합 에너지가 점점 실현 가능성이 높아지고 있음을 보여주고 있습니다.

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핵융합 에너지 상용화는 언제 가능할까?

핵융합 연구가 빠르게 발전하고 있지만, 상용화까지는 여전히 수십 년의 시간이 걸릴 것으로 예상됩니다.

기후 위기를 해결하기 위해서는 가까운 미래에 빠르게 온실가스를 감축해야 하지만, 핵융합 기술이 그 역할을 하려면 시간이 더 필요합니다. 따라서 현재로서는 태양광, 풍력 같은 기존 재생에너지와 함께 온실가스 감축을 병행하는 전략이 필요합니다.

하지만 핵융합이 상용화된다면, 화석연료 없이도 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 새로운 시대가 열릴 것입니다.

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마무리: AI와 핵융합의 만남, 미래 에너지를 밝히다

핵융합 에너지는 기후 위기를 해결할 수 있는 가장 유망한 기술 중 하나로 평가받고 있습니다. 하지만 상용화까지는 많은 기술적 난제가 남아 있습니다.

이번 연구에서 AI가 플라즈마 불안정을 사전에 감지하고 해결할 수 있다는 점을 입증하면서, 핵융합 에너지를 보다 안전하고 효율적으로 운용할 수 있는 길이 열렸습니다.

앞으로 AI와 핵융합 연구가 함께 발전한다면, 우리가 꿈꾸던 청정하고 무한한 에너지 시대가 한층 더 가까워질 것입니다.