"플라즈마" 관련 글 7

[7] 핵융합 기술
핵공학개론2 2021. 1. 2. 16:57
0. 서론 이전 글(seraphy.tistory.com/7)의 말미에서 confinement time(가둠시간)이라는 개념을 살펴보았다. n-tau product, 또는 triple product를 구성하는 값 중 하나인 가둠시간은 플라즈마의 에너지 밀도가 유출에 의해 0이 되기까지 걸리는 시간을 말한다. 밀도, 가둠시간, 온도의 곱인 triple product는 핵융합 효율을 나타내는 지표인 Q value를 결정한다. ignition 상태에서는 Q value가 무한대로 발산하며, 일반적인 상용핵융합로는 Q > 10의 조건을 만족하도록 설계된다. 이에 따라 얻고자 하는 Q value를 달성하기 위해서는 플라즈마의 충분한 가둠시간을 확보할 필요가 있다. 즉 플라즈마가 가진 에너지를 유지하는 것이 관건이 된..
[6] 핵융합 기초
핵공학개론2 2020. 12. 29. 19:10
0. 서론 이전의 글을 통해 플라즈마의 특성과 생성에 대해 알아보았다. 플라즈마가 가진 고유한 특성은 여러 분야에서 활용하고 있는데, 그 중 대중적으로 잘 알려진 것이 플라즈마를 사용한 핵융합 기술이다. 핵융합을 이용한 발전은 온실가스와 자원 고갈의 문제를 안고 있는 화석연료 발전과 얻을 수 있는 에너지량이 적은 태양광, 풍력, 수력 발전을 대체할 수 있는 미래 기술 중 하나로 꼽힌다. 이번 글에서는 핵융합의 원리를 설명하고, 어째서 플라즈마가 핵융합에 쓰이게 되었는지 그 이유를 간략히 살펴볼 것이다. I. 핵에너지 핵에너지는 핵자(nucleon) 수준에서 다뤄지는 에너지를 통칭한다. 그 에너지량은 유명한 공식 $$E=mc^2$$ 에 의해 계산할 수 있다. 핵반응 과정에서 발생하는 질량결손이 에너지로 방..
[5] 기체 방전
핵공학개론2 2020. 12. 27. 09:54
0. 서론 이전의 글(seraphy.tistory.com/5)에서 우리는 플라즈마를 만드는 방법에 대해 알아보았다. 기체에 전압을 걸어주면 전자가 원자(또는 분자)를 이온화(또는 래디컬 생성)시키고, 여기서 나온 이온이 음극에 충돌해 전자를 만들어내는 과정이 반복된다. 이를 통해 전자와 이온의 수가 지속적으로 증가하고, 플라즈마가 발생한다. 기체는 걸어준 bias voltage에 따라 다양한 방전 양상을 띈다. 앞서 살펴본 Townsend breakdown에 따른 플라즈마 발생은 기체 방전의 단계 중 하나이며, 전반적으로는 dark current나 arc와 같은 여러 현상들을 확인할 수 있다. 본 글에서는 아래에 나와있는 기체 방전의 V-I 그래프(Fig 1)를 바탕으로 이를 살펴볼 것이다. 이하의 모든..
[4] 플라즈마의 생성
핵공학개론2 2020. 12. 23. 23:28
I. 플라즈마 발생의 원리 i. electron impact ionization 지난 글(seraphy.tistory.com/2)에서 살펴보았듯이, 플라즈마란 간단히 말해 원자핵과 전자가 분리된 상태를 말한다. 이러한 상태를 만들어주는 방법에는 여러 가지가 있는데, 기본적으로 떠올릴 수 있는 방안은 온도를 높여 그 열에너지를 사용해 원자로부터 전자를 떼어내는 것이다. 수소 원자의 이온화에너지는 13.6eV이므로, 열을 이용한 이온화가 가능한 최저의 온도를 계산하면 다음을 얻는다. 그러나 기체 전체를 가열하여 10만 켈빈의 온도를 얻는 것은 어려운 일이다. 이 때문에 주로 전압을 사용해 전자를 가속, 표적 원자의 전자만 떼어내는 방식으로 플라즈마를 제작한다. ii. Townsend Mechanism : E..
[3] 플라즈마 내 입자의 거동 : many particles
핵공학개론2 2020. 11. 29. 11:45
I. 다수의 입자(전자)를 다루는 방법 - 지난 글에서는 대전 입자 하나가 전기장과 자기장 속에서 어떻게 움직이는지에 대해 알아보았다. 그러나 이렇게 개별 입자에 집중하여 운동을 분석하는 방법은 플라즈마와 같이 무수히 많은 입자들이 움직이는 환경에서는 사용하기 어렵다. 이 경우 다수의 입자들을 묶어서 고려해볼 수 있으며, 그 방법으로 유체역학과 통계역학의 내용을 소개하고자 한다. i. Boltzmann equation - 3차원 공간 내에서 움직이는 입자의 분포는 위치, 속도, 시간에 대한 함수로 나타낼 수 있다. 3차원 공간이라는 조건이 붙어있으므로 위상 공간은 7차원 공간이 된다. 따라서 분포함수 f를 다음처럼 쓸 수 있다. $$f(\vec {r}, \vec {v}, t)d^3rd^3v$$ 이때 우리..
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