상온 핵융합

1. 설명2. 플라이슈만-폰즈 실험3. 재조명4. 기타 사례5. 매체에서의 상온 핵융합6. 관련 문서

1. 설명

常溫核融合 / Cold fusion

보통 초고온(대략 1억도 이상)에서 발생하는 핵융합과는 달리, 일반적인 기온이나 일반적인 실생활 범위 내의 비교적 낮은 온도에서 발생하는 핵융합.

실제로 실현된다면 상온 초전도체와 함께 인류 문명 자체를 송두리째 뒤집어 놓을만한 기술이다. 하지만 지금까지 실현된 적은 없으며[1][2], 둘 다 떡밥만 난무할 뿐이다.[3]

열역학 법칙 자체에는 위배되지 않기에 영구기관보다는 그럴싸해 보이지만 아직 전혀 가망이 없다고 봐도 무방하다.[4] 사실 핵융합을 연구하는 물리학자나 공학자들은 상온 핵융합에 대해 부정적이다. 좀 심하게 말하면 유사과학 취급한다. 여러가지 기술적 난제에도 불구하고 핵융합을 초고온 상태로 시도하는 이유는 두 원자핵이 융합하기 위해 쿨롱힘(정전기적 척력)을 극복하고 근접하기 위한 에너지가 필요한데 입자들이 가진 평균 운동에너지가 많다는 것은 그 입자들의 온도가 높다는 뜻이기 때문이다. 상술한 뮤온 촉매 방식이나 극고압 방식의 경우도 원자핵간 정전기적 척력을 원자핵 자체의 운동에너지가 아닌 다른 입자나 외부의 힘으로 극복하는 것이다.

2. 플라이슈만-폰즈 실험

Fleischmann-Pons Experiment

무려 1989년 3월에 미국 유타 대학교의 전기화학자이자 화학 교수인 마틴 플라이슈만과 스탠리 폰즈 2명이 이뤄냈다고 주장한 실험. 이 당시 실험이 어떻게 구성되었는가를 간단히 말하자면, 물을 전기분해하여 수소를 만든 뒤, 이를 팔라듐에 흡착시킨다. 일정량 이상의 수소가 모이면 이것이 퓨전하여 헬륨이 되고 이 때 발생한 에너지는 새로운 열에너지가 된다. 이에 따라 실험 전후 총 열량을 측정하여 증가하면 실험은 성공. 팔라듐을 쓰는 이유는 팔라듐이 수소를 흡착하는 성질이 있는데 수소 흡착량이 상당해서 기체상태의 수소간격보다 매우 조밀하게 배열되기 때문이다. 그러나 그래봤자 분자단위로 핵융합이 일어나는데 필요한 간격에 비하면 넘사벽.

하지만 결국 실험이 재연되는 데 실패했다. 수소와 관련된 실험을 하면서 이론치 이상의 에너지가 나왔다는 것인데, 어떤 과학자가 "그럼 님들 어떻게 살아있음?"이라고 반박했다고 한다.

이는 수소 반응시 중성자가 최소 수~십수 MeV단위의 에너지로 튀어나오기 때문.[5] 학계에서는 저런 결과가 나온 것을 실험 설계 오류로 수소-산소 화합으로 인한 에너지거나 전기분해에 사용된 외부 에너지로 판단된다고 한다.

3. 재조명

상기한 실험 등으로 유사과학 취급을 받으며 연구자들이 기피하던 상온 핵융합이 2010년대 이후로 재조명되고 있다. arXiv

Low Energy Nuclear Reactions(저에너지 핵반응)이란 새로운 이름이 붙고, 부분적으로 실험을 재현하며 이론과 실험값이 다른 이유를 찾고 있다. 그중 하나로, 티타늄 금속에 중수소와 삼중수소를 전자가속하여 충돌시켜 미세하지만 핵융합 반응이 일어남을 확인하였으며 유튜브 출처, 해당 기술은 값싼 중성자 생성기로써 사용되고 있다. 이러한 방식을 Lattice confinement fusion(LCF) 격자가둠 핵융합이라고도 부른다. 즉 현재 와서는 혁신적인 에너지원보단, 아직 밝혀지지 않은 금속과 원자의 상호작용을 연구하자는 학술적인 측면으로 접근되고 있다. 여전히 생성되는 에너지는 투입량보다 엄청 미세하여 발전용으로 사용될 여지는 없다 볼 수 있다.

물론 아직도 기적의 상온 핵융합 발전장치를 발명했다 주장하는 사기꾼들이 많으니 자료조사에 주의가 필요하다.

4. 기타 사례

플라이슈만-폰즈 실험은 발표 얼마 뒤 한국( 동아일보 1989년 4월 19일 기사)과 북한( 로동신문 1989년 5월 8일자 기사)에서도 재현에 성공했다고 했으나, 플라이슈만-폰즈 실험 자체가 상온 핵융합 성공이라고 볼 수 없기 때문에 둘 다 철저한 검증없이 성급하게 실적을 만들기 위한 발표로 각각의 과학사에서 흑역사를 만들어버렸다.[6]

이그노벨상 수상자의 논문에 따르면 닭의 체내에서는 칼륨이 칼슘으로 저온 핵융합된다고 한다. 메커니즘은 불명. ~~복치환?~~ 그 외에 일부 신비주의자들이 식물이 원소를 합성해낼 수 있는 능력이 있다고 주장하기도 한다. 실은 그냥 대기와 토양(+일부 공생 박테리아)에서 뽑아다가 변환하여 저장하는 것이다.

2010~2012 사이 상온 핵융합이 성공했다는 발표가 많았는데, 실험 재연에 실패하거나, 에너지가 관측은 됐는데 관측된 에너지는 들어가는 에너지보다 매우 작은 결과뿐이었다. 후자에 대해서는 에너지가 나왔으니 성공 아닌가 하는 사람도 있을 수 있는데 애초에 에너지가 측정되면서 이거 핵융합 아냐?라고 설레발을 친 거지 에너지가 핵융합에서 나온 게 아니다.

5. 매체에서의 상온 핵융합

동방자가선에는 야사카 카나코와 코치야 사나에가 레이우지 우츠호의 핵융합 능력을 대체할 동력원으로 상온 핵융합을 찾는다. 대체 언제 배운 것인지 사나에는 상온 핵융합에 대해 꽤 정확하게 알고 있다. 바깥 세계에서 잊히거나 있을 수 없다고 여겨지는 것이 들어오는 환상향의 특성상 현실에서 불가능하다고 생각되는 상온 핵융합이 가능하리라는 것. 그리고 금속의 신의 도움을 받은 레이무 덕에 카나코는 위에 언급된 유타대의 1989년 실험을 (환상향식으로[7]) 재현하고 상온 핵융합에 성공한다.

스타크래프트 시리즈에 등장하는 CMC 전투복의 동력이 바로 이 상온 핵융합이다. 또한 저그에게 점령당한 과학선 아메리고 폭파 작전 때 사용된 무기도 상온 핵융합 폭탄이다.[8]

스텔라리스에서는 함선의 3단계 동력로로 사용된다. 일반 핵융합로와 반물질 반응로의 사이 위치에 있는데 현실에서는 불가능하니 뭐니 말이 많지만 이쪽에선 게임 중반으로만 가도 기술 발전 느린 미개한 문명이나 쓰는 기술이다.

인디펜던스 데이: 리써전스에서는 아예 무기로 사용된다. 그쪽 세계관 명칭에 따르면 "저온핵융합탄"이라고.

커맨드 앤 컨커 제너럴에서는 미국 진영의 발전소가 상온 핵융합 발전소이다. 제어봉을 업그레이드하면 전력 수급량이 증가하는데 어째서인지 핵연료봉을 뽑아 노출시킨다. 체렌코프 현상에 의한듯한 형광빛 광채가 인상적이다. 물론 실제 피해는 없고 심지어는 파괴될 때도 중국 원자력 발전소와는 달리 방사능 하나 안남기고 사라진다.[9] 하지만 별도로 제어봉 업그레이드를 하지 않은 상태에서 기본적으로 공급되는 전력은 중국의 기본 원자력 발전소보다 딸린다.

폴아웃 시리즈는 핵융합기술이 현실세계보다 어마어마하게 발전한 세계이기 때문에, 폴아웃 2에서는 800마력의 자동차( 하이웨이맨)를 굴리는데 초소형 핵융합 전지(microfusion cell)를 쓰고 폴아웃 4에서는 '핵융합 코어'라는 무게 3파운드(1.36kg)의 배터리를 통해서 각종 기계장비( 파워 아머)나 건물의 동력원을 제공하고 있다.[10] 그럼에도 상온 핵융합(cold fusion) 기술은 아직 실현되지 않은 꿈의 기술로서 G.E.C.K.의 광고문구에서나 등장할 정도로 실현여부가 불투명한 기술이었지만 폴아웃 드라마에서는 상온 핵융합이 전세계적으로 펼쳐지고 있던 제3차 세계대전( 자원 전쟁)을 끝낼 수 있을 정도의 신기술로 묘사된다. 핵융합 코어랑 비교가 안되게 알약만한 크기로 도시 단위로 전기를 공급할 수 있는 엄청난 기술로 보인다.

풀 메탈 패닉!에서 M9 팔케/건즈백, 아바레스트, ARX-8 레바테인을 비롯한 각종 암슬레이브와 투아하 데 다난등의 동력원으로 이용되고 있는 것으로 등장한다. 형태는 팔라듐 리액터.

SYNTHETIK 시리즈에서는 1970년대에 독일과 일본이 합작해 만든 슈퍼컴퓨터에 의해 핵융합 기술이 상용화되어서 상온 핵융합도 등장한다. 인디펜던스 데이: 리써전스까지는 아니어도 개인화기용 상온 핵융합탄을 사용하며 YAG 레이저같은 작동방식을 가진 것으로 추정된다. 해당 탄종은 명중시킨 적의 이동속도를 느려지게 만든다.

6. 관련 문서

병적 과학

[1] 엄밀히 말하면 뮤온 촉매 를 이용한 핵융합은 상온에서 실험적으로 실제 핵융합을 발생시킬 수 있으나 뮤온의 수명이 너무 짧아 뮤온을 생성하는 데 드는 에너지조차 회수하지 못하는 실정이라 혼란을 막기 위해 상온 핵융합으로 분류하지 않는다. [2] 사실 잘 보면 여기에 압력 제한은 없었으므로, 압력을 상상도 못할 정도로 높게 만들면 수월히 가능하다. 항성 중심부보다도 압도적으로 높은 그 압력을 어떻게 만들지가 문제이기는 하다. 블랙홀에 가까울 정도로 높기에... 사실 이런 논리면 상온 초전도체도 이미 만들어지기는 했다. 역시나 실험실에서나 가능한 압력이라 요즘 언론에서는 상온·상압 초전도체라는 말도 쓰는 편. [3] 그나마 상온 초전도체의 경우 실험을 통하여 검증까지는 해냈지만 상온 핵융합은 아직도 오리무중이다. [4] 일반적인 핵융합조차 2030년 이후에나 실용화가 될 것이라고 예상된다. [5] 심지어 중성자선에 피폭될 경우 인체의 나트륨이 나트륨-24라는 방사선 물질로 바뀐다. [6] 커뮤니티에서 '북한에 토니 스타크가 있었네?' 하면서 조롱하는 용도로 로동신문 기사 캡쳐판이 올라오는 경우가 있는데, 우리는 그보다 더 먼저 흑역사를 만들었다는 과거를 알면 올리기가 거시기해진다. [7] 동방맹월초에서 환상향에서 달로 가는 로켓이 바깥 세계의 로켓과 다를 수밖에 없었듯이 여기에서도 현실적인 상온 핵융합이 아니라 물통에 팔라듐 막대를 넣고 전기를 가해서 발전을 이루어냈다. 과학적 고증을 충실하게 따랐다. [8] 물론 함부로 터지면 안될 물건이다보니 드라이아이스로 채운 아이스박스에 넣어서 최대한 차갑게 가져왔다. 캔맥주는 덤.~~Thank God for cold-fusion~~ [9] 실제로 핵융합 발전은 핵분열 발전과는 다르게 안전성이 엄청나게 뛰어나다. 상온이 아닌 실제 연구중인 핵융합 발전의 경우 어마어마하게 높은 온도에 의해 수소 플라즈마를 만들어 이들을 충돌시키는 방식을 쓰는데, 이는 반대로 얘기하면 높은 온도(상온 핵융합의 경우는 높은 에너지 공급)를 유지해줄 발전소가 파괴되면 핵융합도 멈춘다는 뜻이다. 수소에 의한 폭발을 생각해 볼 수 있지만 핵융합은 핵분열과 달리 우라늄을 우겨넣어서 지들끼리 연쇄작용이 일어나도록 방치하는 방법이 아니다. 애초에 극미량의 수소로 아주 큰 에너지(1g당 638Giga줄 단위다)를 생산하는 기술이기 때문에 수소는 '제어'되는 게 아니라 있는 그대로의 의미로 통제된다. 사실 기술적으로도 수소를 우겨 넣으면 핵융합은 불가능하다. 문서를 참고하자. [10] 건물의 경우 핵전쟁 이후 210년 내내 건물에 불을 밝히고도 잔량이 100%로 남아 있을 정도지만 파워 아머의 동력원으로 사용할 경우 게임 내 시간으로 하루도 못 가 전력이 바닥난다. 물론 이는 게임적 허용으로 봐야 할 것이다.