국가핵에너지연구소(CEA)에 대한 반론 요청
국가핵에너지연구소(CEA)에게 제출된 반론 요청서
내 명예를 훼손하는 글이 온라인에 게시됨에 따라
2012년 1월 23일
2011년 11월 17일, 국가핵에너지연구소(CEA)는 자사 웹사이트에 나의 글을 '지적 부정직'이라고 평가하는 글을 게시했다. 아래는 해당 글 전문으로, 총 4,625단어, 약 3만 글자이다.
2011년 11월 12일 넥서스 잡지에 게재된 지앙피에르 페티의 논문 « ITER: 예견된 실패의 기록 »에 대한 반응, 국가핵에너지연구소(CEA) 에너지 원자력 및 대체 에너지 위원회가 준비함. 2011년 11월 17일.
서론 지앙피에르 페티 씨는 프랑스 반핵운동 단체 '핵에너지에서 탈출'의 회원으로서, ITER 프로젝트를 부정하고 비합리적인 공포심을 조장하는 논문을 발표했다. 이 논문은 국가핵에너지연구소(CEA)의 자기약화형 핵융합 연구소에서 최근 완성된 박사학위 논문의 일부를, 맥락 없이 떼어내어 사용하고 있다. 이 논문은 2010년 11월 에cole polytechnique의 박사과정에서 방어한 주제인 ITER가 작동 중 발생할 수 있는 '중단 현상'(disruptions)에 관한 것이다.
중단 현상은 오랫동안 알려진 현상으로, 토카막 플라즈마 내에서 발생할 수 있는 불안정성이다. 고에너지로 충전된 이 현상은 자기장의 격리 상태를 파괴하며, 진공 캐비닛 벽면으로 강한 전류 방전을 일으켜 그 벽면을 손상시킬 위험이 있다.
이 뛰어난 품질의 박사 논문은 세계 수천 명의 과학자들이 50년간 수행한 연구를 기반으로 하고 있으며, 현재 진행 중인 관련 과학적 논의의 공인된 기초가 되고 있다.
중단 현상에 관한 문헌은 풍부하며, 특히 '핵융합(Nuclear Fusion)' 저널에 정기적으로 게재되는 논문들이 그 기초 물리학적 공식과 공개된 ITER 설계의 기반이 된다.
페티 씨의 논문이 중단 현상에 대한 과학 공동체가 주의를 기울여야 할 점을 정당하게 확인하는 연구 결과만을 선택적으로 인용한 것을 보면, 그는 명백히 정치적 논쟁과 악의를 목적으로 하고 있으며, 진정한 과학적 연구와 건설적인 비판 정신으로서의 노력이 아님을 결론지을 수밖에 없다.
국제적으로 명성이 높은 학술지에 게재된 과학 정보, 그 저자들, 그리고 논문을 읽는 독자들까지도 연구와 지식 발전과 무관한 정치적 목적을 위해 왜곡되는 것을 보며 매우 유감스럽게 생각한다.
이러한 지적 부정직한 행동으로 인해, 페티 씨는 과학적 논의든 사회적 논의든 모두에서 자격을 상실하게 되었다.
본 문서는 페티 씨의 분석에서 가장 명백한 과학적 오류와 연구 맥락에 대한 무지에 대해 반박하는 것을 목적으로 하며, 동시에 독자에게 ITER가 향후 수십 년간 자기장 융합 연구에서 수행해야 할 정확한 역할과 그 맥락을 이해하는 데 필요한 주요 핵심을 제공하고자 한다.
페티 씨의 비판 분석
페티 씨의 주장의 핵심은 ITER가 중단 현상에 견딜 수 없으며, 이는 플라즈마의 급격한 정지와 관련된다는 것이다. 논문에서 제기된 비판들을 하나씩 분석해보자 (논문의 인용문은 기울임꼴로 표시됨).
p.91, "이 글을 읽고 나면 자기장 융합과 토카막 물리학이 매우 복잡하므로 이론가들이 이를 완전히 다룰 수 없다는 결론을 내릴 수 있다. 이러한 기계 내 플라즈마의 행동을 대표하는 모델은 존재하지 않으며, 세계 최고의 슈퍼컴퓨터로도 10²⁰에서 10²²개의 전하를 띤 입자들이 서로 상호작용하는 문제를 다루는 것은 오랫동안 불가능할 것이다."
이 주장은 '플라즈마 물리학의 권위 있는 전문가'라고 자처하는 사람에게서는 놀라운 것이다. 수많은 입자를 다루는 이론과 모델이 잘 작동하는 사례는 풍부하다. 실제로 자기유체역학(MHD)은 매우 많은 입자를 포함하는 플라즈마나 전도성 유체의 역학을 설명할 수 있는 과학이다. 현재 사용 가능한 계산 능력은 실제 크기의 시뮬레이션도 가능하게 한다. 20년 전에 그가 속했던 과학 공동체의 연구를 부정하지 않는 한, 페티 씨는 '매우 많은 입자를 포함하는 동적 시스템을 시뮬레이션하는 것이 불가능하다'는 주장을 진지하게 주장할 수 없다.
그러나 누구도 토카막이 수치 시뮬레이션 기반으로 설계되어야 한다고 주장한 적 없으며, 실제로 토카막의 중단 현상에 대한 내구성과 관련된 기술적 사양은 '공학 법칙'이라고 불리는 특정 에너지와 시간 규모에 기반한다. ITER에 사용된 값들은 지난 50년간 수많은 토카막에서 수행된 실험을 통해 검증되었다. 최근에야 중단 현상의 수치 시뮬레이션 기술이 등장했으며, 특히 페티 씨가 자주 인용하는 C. 르엑의 박사 논문에서 처음 등장했다.
실질적으로 이 결과는 매우 긍정적이며, 정밀도는 여전히 향상될 여지가 있다. 다시 한 번 강조하지만, 이러한 시뮬레이션은 기존에 오랜 시간 동안 '공학 법칙'을 통해 검증된 ITER 설계의 기초가 아니라, 토카막 플라즈마에 대한 이해를 더욱 세밀하게 다듬는 보완적인 도구이다.
p.91: "세계의 모든 토카막, Tore Supra와 JET을 포함하여 모두 다양한 원인으로 인해 통제 불능 상태가 되었다."
이 주장은 명백히 틀리며 완전한 거짓이다. Tore Supra는 1988년부터, JET은 1983년부터 안정적이고 안전하게 작동하고 있으며, 각각 20년 이상, 거의 30년간의 무사한 운영 기록을 가지고 있다. 이 두 기계에서는 중단 현상이 자주 발생하지만(모든 토카막에서 그렇듯), 그로 인해 파괴되거나 유독 물질의 격리가 실패한 적은 한 번도 없었다. 페티 씨가 상상하는 시나리오처럼 말이다. 30년간의 중대 사고 없는 운영 기록을 '통제 불능 상태'라고 부르는 것은 결코 정당하지 않다!
p.92: "중단 현상은 벽면 구조를 풀어내는 힘을 생성하며, 이는 마치 짚불처럼 휘어지게 만든다." 토카막의 내벽 요소와 구조물, 특히 ITER의 경우는 중단 현상으로 발생하는 힘, 심지어 가장 강력한 경우에도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 요소들은 중단 시 흐르는 전류를 최소화하도록 배치되어 있으며, 이로 인해 받을 수 있는 인장력을 줄이고 있다. 또한 극단적인 상황에서 이러한 요소에 표면 손상이 발생할 경우에도, 그들은 교체 가능한 구조로 설계되어 있다.
논문에 게시된 사진은 르엑의 박사 논문에서 인용한 것으로, Tore Supra의 중단 현상으로 인해 비틀어진 내벽 요소(침입자)의 사진이다. 이 요소는 이미 교체되었으며, 전류 경로도 수정되었고, 이후 Tore Supra는 정상적으로 작동했다!
ITER의 점진적 시운전 단계에서는 이러한 상황이 발생할 수 있으며, 발견된 결함은 수정될 것이다. 이것은 연구 및 산업 설비가 초기 운영 기간 동안 겪는 일반적인 현상이다(예: 2009년 CERN의 상황 참조). 물론 시운전 단계에서는 명목 전류보다 낮은 전류로 테스트하여 잠재적 손상을 최소화할 것이다.
p.93: "이곳에서 발생하는 번개 같은 충격은 1,500만 암페어(후속기 DEMO에서는 1억 5천만 암페어)에 이를 것이다. 이와 같은 강력한 충격은 진공 캐비닛을 뚫을 것이며, 베릴리움 층은 기화되어 그 구성 물질과 함께 트리튬(방사성 독성 물질)이 방출될 것이다." 이 주장은 두 가지로 틀렸다. 극단적인 상황에서 ITER의 진공 캐비닛이 중단 현상으로 인해 파손된다 하더라도, 베릴리움이나 트리튬이 외부로 유출되지는 않는다. 진공 캐비닛은 여러 격리 장치에 의해 둘러싸여 있으며, 이는 중단 현상의 영향을 받지 않는다. 또한 DEMO는 분명히 1억 5천만 암페어로 작동하지 않으며, ITER와 유사한 수준(1,500만 ~ 2,000만 암페어)의 전류로 작동할 것이다. 페티 씨의 무모하고 확신에 찬 추정은 그가 토카막의 물리학과 기술에 대해 깊이 이해하지 못하고 있음을 보여준다.
p.93: "라플라스 힘은 수천 톤에 달할 수 있으며, 이는 기계의 구조를 변형시켜 교체 또는 전체 재설계를 요구할 것이다."
물리학자라고 자처하는 사람이 힘을 톤으로 측정한다는 것은 매우 놀랍다.
힘은 뉴턴(N)으로, 질량은 그램이나 톤으로 측정한다. ITER에 발생하는 라플라스 힘은 수십억 뉴턴에 이를 수 있다. ITER의 구조 요소는 이와 같은 수십억 뉴턴의 힘을 견딜 수 있도록 설계되어 있으며, 따라서 교체가 필요하지 않다. JET은 30년 동안 수십억 뉴턴의 중단 힘을 견뎌내고 있다. 시설은 이러한 힘에 의한 변형 없이도 견딜 수 있도록 설계되어 있다.
p.94: "기존 데이터를 확장하거나 재사용할 방법이 전혀 없으며, 이와 같은 불가피한 사고는 초기 시험 단계에서 ITER의 파괴로 이어질 것이다." 이러한 단정적 주장은 틀렸다. 실제로 중단 현상과 관련된 '홀로' 전류, 토로이드 방향의 전류 비대칭 수준, 그리고 진공 캐비닛에 작용하는 힘을 매우 신뢰할 수 있는 방법과 코드를 통해 추정할 수 있다. 이러한 추정은 다양한 크기의 수많은 토카막에서 관측된 데이터로 구성된 'ITER 중단 데이터베이스'를 기반으로 한다. 앞서 언급했듯이, 점점 더 정밀해지는 MHD 수치 시뮬레이션을 통해 중단 현상의 세부 특성을 독립적으로 추정할 수 있다. 그러나 ITER 설계에는 이러한 시뮬레이션이 사용되지 않았다. 왜냐하면 이러한 시뮬레이션 기술이 개발되기 전에 결정이 이미 내려졌기 때문이다. 현재는 이러한 시뮬레이션은 세부 이해, 검증 및 시운전 테스트, 미래 실험 및 결과 활용을 위한 보조 도구로 사용되고 있다. 다시 한 번 강조하지만, ITER의 시운전 테스트는 플라즈마 전류를 낮게 유지하고 점진적으로 증가시키며, 따라서 기계의 무결성에 위험을 초래하지 않는 안전한 상황에서 진행된다.
p.94: "토카막을 중단 없이 작동시킬 수 있다는 것은 태양이 태양 폭발 없이 존재하는 것, 날씨가 바람이나 구름 없이 존재하는 것, 끓는 물이 끓는 냄비 안에서 소용돌이 없이 이루어지는 것과 마찬가지로 비현실적이다." 토카막은 플라즈마가 MHD 모드에 대해 안정적인 경우, 중단 없이 안전하게 작동할 수 있다. 실제로 대부분의 토카막은 이 정상 작동 모드를 따르며, ITER도 예외가 아니다. 여기서 중요한 것은 불안정성과 난류를 혼동하지 않는 것이다. 중단 현상은 완전히 결정적인 불안정성에 기인한다. 플라즈마가 이 불안정성에 대해 안정적이라면, 결정론적 물리학의 재현성에 따라 중단이 발생할 이유가 없다. 매우 중요한 점이지만, 이미 언급한 ITER 데이터베이스 분석을 통해 확인되었듯이, 중단 현상의 유발은 확률적이지 않다. 비록 관련 물리학이 복잡하더라도 말이다. 난류(냄비의 소용돌이 이미지)는 다양한 미세 규모의 불안정성과 관련이 있다. 실제로 난류는 혼돈 상태이며 피할 수 없지만, 중단 현상으로 이어지지는 않는다. 중단 현상이 난류 상태에 진입할 수는 있지만, 그것은 1차 불안정성이 발생한 후에야 가능하다. 이 점에서 페티 씨가 예시로 제시한 그림은 부적절하다. 이 그림은 중단 현상과 전혀 관련 없는 난류를 보여주고 있다.
물론 ITER의 목표 중 하나는 중단 현상에 대해 안정적인 시나리오를 개발하는 것이다. 이러한 시나리오가 확립되면, 자동으로 중단 상태로 전환될 이유는 없다.
p.95: "중단 현상은 토카막의 어떤 요소도 손상시킬 수 있으며, 특히 자기 초전도 자석 시스템까지도 포함된다. 이 자석 시스템은 차르글로아르 항공모함이 시속 150km로 달리는 에너지를 담고 있다." 이 주장 역시 틀렸다. 진공 캐비닛은 14MeV의 융합 반응에서 발생하는 중성자를 차단하기 위한 보호 장치로 덮여 있으며, 따라서 중단 현상으로부터 발생하는 빠른 전자가 자석에 도달하지 못하도록 한다. 다시 한 번 강조하지만, 구조 요소, 특히 초전도 자석은 중단 현상에 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 중단 현상에서 발생하는 에너지는 초전도 자석의 에너지와 전혀 비교할 수 없다. 오히려 플라즈마의 에너지(ITER가 정상 작동 시 약 350메가줄)와 폴로이드 자기장의 에너지(약 400메가줄)에 해당하며, 이 두 에너지는 동시에 방출되지 않는다. 따라서 51기가줄이나 차르글로아르 항공모함이 시속 150km로 달리는 것과 비교할 수 있는 것은 전혀 아니다.
p.95: "만약 토카막을 구현하는 이미지를 상상하고자 한다면, 한 기술자가 보일러와 몇 가지 측정 장치 앞에 서 있는 모습을 떠올려야 한다. 만약 그 중 하나의 바늘 지시계가 약간의 진동을 보이면, 그가 취할 수 있는 유일한 조치는 소화호를 이용해 화염을 끄는 것뿐이다." 다시 한 번, 토카막의 본질을 오해하고 있으며, 사실을 정치적 목적에 따라 왜곡하고 있다. Tore Supra는 40개의 연속 측정 장치를 갖추고 있으며, JET은 약 80개, ITER는 그 이상을 갖출 것이다. '몇 가지 측정 장치'라고 말하는 것은 지나치게 단순화한 표현이다. 소화호에 관해서는, 빠른 전자의 정지 또는 감속을 위한 시간은 약 10밀리초이다. '부드럽게 정지'하기 위해 약 10²²개의 전자를 1m³당 주입해야 한다는 것이 추정된다(참고: ITER 물리학 기초 보고서, Nuclear Fusion에 게재된 글로 세계 과학 공동체가 공동 서명한 ITER 설계 물리학 기초 문서). 이는 불가능한 작업이 아니다!
실제로 빠른 전자의 정지 방법으로 대량 가스 주입을 연구하는 것은 C. 르엑의 박사 논문의 핵심 주제이다. 세계 여러 팀은 물론 국가핵에너지연구소(CEA)도 이를 포함하여, 최고 성능과 최저 비용을 갖춘 기술을 선정하기 위해 다양한 기술을 연구 중이다.
현재의 결과는 매우 긍정적이며, 2019~2020년 수소 플라즈마 첫 시험 시점에 이르러서는 새로운 혁신적인 방법 중 하나 이상이 준비될 것이며, 2026년 듀테륨-트리튬 플라즈마 시험 시에는 더욱 확실히 가능할 것이다.
p.95: "핵안전성 당국이 이 위험성을 언급한 적이 없다는 점에 놀라울 수 있다." 페티 씨가 ITER의 7개 파트너(일본, 한국, 인도, 중국, 미국, 러시아 연방, 유럽연합) 및 프랑스의 핵안전성 당국을 이해하지 못하고 있음을 보여주는 말이다. 만약 중단 현상이 페티 씨가 상상하는 것처럼 위험하다면, 이 당국들이 이를 언급하지 않았을 리 없다.
그의 악의적인 발언은 중단 현상이 평가 기관들에게 숨겨졌다는 인상을 주려는 것이다. 그러나 사실은 전혀 그렇지 않다. 중단 현상은 문헌에서 널리 논의되며, 특히 2007년 Nuclear Fusion에 게재된 'ITER 물리학 기초' 보고서에서는 이 주제에 35페이지 이상을 할애했다(1999년 초기 보고서의 보완). 이 주제에 관한 국제적 학술 논문은 수백 건이 넘는다. 이 주제가 회피되거나 숨겨졌다는 주장은 현실과 정반대이다.
오히려 놀라운 것은, 페티 씨가 과학적 접근을 주장하면서도, 그의 주장은 르엑 박사 논문의 표면적인 해석에만 기반하고 있으며, 학계에서 널리 인정받는 과학 잡지에 수천 페이지에 걸쳐 게재된 중단 현상 관련 연구를 완전히 무시하고 있다는 점이다. 따라서 그의 놀라움은 이해하기 어렵다.
*** 페티 씨의 발언이 얼마나 과도한지를 입증했으므로, 이제 대중의 정당한 질문에 대해 ITER 프로젝트의 작동 방식과 중단 현상에 대한 상황을 간략히 설명하는 것이 필요하다.
자기장 융합 연구와 ITER의 역할. 자기장 융합을 통한 핵융합 연구는 '사회적 연구'라 할 수 있다. 왜냐하면 이는 과학적·기술적 역량을 가능한 한 통합하여, 두 개의 경량 원자핵이 융합하는 원리를 기반으로 한 안전한 에너지원을 개발하는 유일한 목표를 달성하기 위함이기 때문이다. 페티 씨는 서론에서 정확하게 지적했듯이, 이는 별, 특히 태양에서 발생하는 에너지를 지구에서 통제하는 것으로 요약할 수 있다. 이는 정말로 거대한 과제이며, 우리가 도전하고자 하는 것이다.
이 도전은 먼저 이러한 반응이 지구에서 실현 가능하며, 더욱이 '인간의 규모'로 실현 가능한지를 확인하는 데서 시작된다. 좋은 소식은, 과학 공동체가 실제로 인간의 규모로 실현 가능한 핵융합 반응의 작동점을 찾을 수 있다는 것이다.
요컨대, 물리적 설계는 이와 같은 반응이 현재 우리가 전력 생산에 사용하는 산업 시설과 유사한 규모의 시설에서 구현 가능하다는 것을 시사한다.
이는 연구의 중요한 전환점이다. 이 단계는 1990년대 후반, 유럽 토카막 JET에서 실험적으로 입증되었으며, 이는 세계적으로 인정받은 성과로, 핵융합 역사의 '선구자 시기'를 마무리했다. 여러 전문 서적들이 이 시기를 다루었지만, 일반 대중과 사회적 선택에 관심 있는 사람들에게도 이해 가능한 수준에서 주요 결론을 강조하는 것이 중요하다.
선구자 시기는 두 시기로 나뉜다. 첫 번째 시기는 1958년 연구의 비밀 해제 이후부터 1980년 JET 건설 결정까지 약 20년간 이어졌으며, 두 번째 시기는 그 이후 20년간으로, 대규모 토카막 운영이 이루어지고, 결국 2005년 ITER 공동 건설 결정에 이르렀다.
첫 번째 시기에는 전 세계적으로 수많은 경로가 탐색되었으며, 자기장 구조(즉, 고온의 플라즈마를 담아내야 하는 물리적 벽이 아닌 '무형의 상자')를 개발하는 데 강력한 경쟁이 있었다.
이 경쟁에서 가장 앞서 나간 구조는 러시아 과학자들이 제안한 토카막 구조이며, 지금까지도 그 자리를 지키고 있다.
다른 구조들은 단순히 배제되었지만, 일부 대안 경로는 보존되어 현재까지 유효하다. 토카막 구조가 최우수를 차지했다고 해서 이것이 완벽하거나 이상적인 것은 아니다.
두 번째 시기는 토카막 구조의 성능을 정의하는 데 있었다. 즉, 반응기 설계를 위한 '공학 법칙'을 수립하는 것이었다.
여기서 중요한 점은, 산업 과정과 마찬가지로 '공학 법칙'을 수립하기 위해 물리적 원리를 완전히 이해할 필요는 없다는 것이다.
예를 들어 항공기의 경우, 100년 이상 비행해왔으며, 40년 이상 달려온 로켓은 달에 도달했다. 그러나 비행기 날개 주변의 난류 물리학은 큰 틀에서는 이해되지만 여전히 완전히 '해결되지 않았으며' 연구 중이다. 초기 자동차는 엔진의 열역학을 완전히 이해하지 못한 사람들이 개발하고 상용화했다. 이와 같은 연구는 단순히 지식을 얻는 것을 넘어서, 특정 요구에 부응하기 위한 지식을 얻고, 다양한 지식과 기술을 통합한 새로운 장비나 공정을 개발하는 것을 목표로 한다. 따라서 일반적으로 실험적 정보(프로토타입을 제작하고 작동시켜 파라미터를 측정하고 결과를 분석하여 시스템의 작동 모델을 수립함으로써 제어 가능하게 만든다), 이론적 정보(현상의 물리적 과정에 대해 질문하고 방정식을 세우며 해석하고 실험 결과와 비교한다), 그리고 경험에 기반한 '공학 모델'을 결합한다. 이들 활동은 반복적으로 이루어지며, 지속적인 진전을 가능하게 한다.
페티 씨는 자신의 분석 전반에서 이 점을 혼동하고 있으며, 플라즈마 물리학이 근본적인 측면에서 여전히 완전히 이해되지 않았다는 사실은 맞지만, ITER의 정상 작동을 위해서는 이러한 지식이 필수적이라는 주장은 완전히 틀렸다.
이와 같은 응용 연구의 전체 과정을 너무 빨리 무시하거나, 너무 순진하게 이해하는 것은 부적절하다. 그러나 명백히, 핵융합 과학 공동체는 근본적인 이해를 위한 노력에 주저하지 않고 있으며, 이는 최종적으로 프로세스 최적화의 열쇠이기 때문이다. 세계 최고 수준의 시뮬레이션 기술 발전과 최첨단 컴퓨팅 자원의 대규모 활용은 이를 입증한다. 프랑스는 특히 플라즈마 격리에 핵심적인 역할을 하는 난류 과정과 비선형 자기유체역학(MHD) 연구 분야에서 세계 선두를 달리고 있다.
페티 씨는 본인도 MHD 전문가라고 주장하고 있으므로, Cédric Reux 씨의 박사 논문에서 다룬 토카막 플라즈마에 대한 MHD 시뮬레이션의 상당한 진보를 알고 있을 것이다. 실제로 그는 자신의 논문에서 이 논문을 매우 널리 인용하고 있다.
그렇다면 ITER는 무엇이며, 정확한 역할은 무엇인가? ITER에 대해 이야기할 때 가장 오래 지속되는 오해는, 이 복잡하고 거대한 프로젝트를 마치 역사의 끝점처럼 생각하는 것이다.
ITER가 무엇인지 묻기 전에, 무엇이 아닌지를 명확히 이해해야 한다. ITER는 핵융합 반응기라 할 수 없으며, 상업적 목적이나 프로토타입 목적도 아니다.
그러나 ITER는 선구자 시기의 연구 성과를 종합적으로 반영한 고도로 발전된 연구 장비이다. 다시 말해, 이 시기는 자기장 융합의 과학적 실현 가능성을 검증했다. 예를 들어, 물리학이 100미터 지름의 '기계'나 물리적으로 불가능한 자기장을 요구할 수 있었을 수도 있었다. 그러나 실제로는 그렇지 않으며, 적절한 과학적 엄격성으로 개발된 규모 법칙을 통해 이를 확인할 수 있다. 1990년대 후반 JET의 결과는 실제로 듀테륨과 트리튬의 혼합물을 사용했을 때, 순수 듀테륨 실험에서 추정한 결과와 일치함을 확인했다. 페티 씨는 트리튬이 핵융합 반응 생산에 필수적이라는 점에서 옳지만, 트리엄이 비싸거나 '위험하다'는 이유로 사용하지 않는다는 주장은 틀렸다. JET에서 트리튬을 사용해 개발과 시험을 수행할 이유는 없었으며, 듀테륨 플라즈마의 행동(양자역학의 기본 원리에 기반)을 추정하는 것이 충분했기 때문이다.
트리튬 문제는 물리학의 나머지 부분과 본질적으로 분리되어 있으며, 진정한 규모로 전환할 때만 필수적이다. 이는 바로 ITER의 첫 번째 역할 중 하나이다.
1990년대부터 ITER에는 명확한 과학적 임무가 부여되었으며, 이는 특정 질문에 답하거나, 진정한 규모에서 얻을 수 있는 추정을 확인할 수 있도록 설계되었다. 이러한 과학적 임무는 주로 세 가지 유형으로 나뉜다.
듀테륨과 트리튬 플라즈마를 생성하여, 반응에서 발생하는 에너지가 프로세스 유지에 필요한 에너지를 초과하게 한다. 목표로 하는 증폭 계수는 약 10으로, 반응을 유도하기 위해 주입된 전력 대비 플라즈마 내에서 회수되는 전력의 비율이다. 이 주요 성과를 달성하기 위해서는, 단순히 추정이 올바른지 확인하는 것뿐만 아니라, 이러한 플라즈마의 격리 및 안정성에 관한 주요 결과도 제공해야 한다.
듀테륨과 트리튬 플라즈마를 생성하여, 반응에서 발생하는 에너지가 프로세스 유지에 중요한 기여를 하며, 동시에 반응기 작동을 예측하는 조건(즉, 우리가 '정상 상태'라고 부르는 것에 가까운)에서 작동한다. 이 두 번째 조건은 플라즈마 전류를 보조 전력 시스템으로 지속적으로 공급해야 하는 추가적인 제약을 초래한다.
마지막으로, '점화'(ignition)에 가까운 상태를 시험한다. 즉, 총 주입 전력의 최소화를 목표로 하여 미래 반응기의 작동 지점을 더 정밀하게 파악하는 것이다. 위에서 언급한 과학적 임무와 함께, ITER는 또한 핵융합 프로세스의 기술적 실현 가능성도 입증해야 한다는 새로운 시대의 시작을 의미한다.
즉, 궁극적으로 ITER는 자기장 융합이 현재 존재하는 반응기와 완전히 다른 반응기 흐름을 가능하게 할 수 있는지 여부를 입증해야 한다는 것이다.
이 과제는 모든 관련 당사자가 매우 진지하게 받아들이고 있으며, 각자 역할을 수행하고 있다. ITER 팀은 궁극적으로 이 임무를 수행할 수 있도록 설계된 장비를 제안하며, 또한 모든 시운전 전에 핵안전성 당국이 승인해야 할 실험 프로토콜을 제안한다.
앞서 언급했듯이, ITER는 트리튬 없이도 작동할 수 있으며, 실제로 트리튬 도입 전까지는 그렇게 작동할 것이다.
이는 현재 ITER 실험 계획에서 트리튬 도입 전에 5~7년간의 운영을 예정하는 주요 이유이다.
이후 ITER는 트리튬을 단계적으로 사용하여 목표 성능에 도달할 것이다. 이 과정 동안 모든 구성 요소와 물리적 프로세스가 다시 테스트되고, 모델링되며, 예측과 비교된다. 이는 프로세스의 지속적인 진전을 의미하지만, 이번에는 통합적으로 이루어진다. 이러한 결과가 현재 예상되는 것과 일치한다면, 자기장 융합이 반응기 개발의 다음 단계(일반적으로 DEMO라 불리는)를 고려할 수 있을 정도로 충분히 성숙한 프로세스임을 검증할 수 있다. 이 단계는 특히 산업화 및 경제성과 관련된 규모가 ITER의 임무에는 포함되지 않는다.
첫 번째 비고: "단절된 추출물의 생산"에 관해, 이 문서의 익명 저자들은 수개월 전부터 내 웹사이트에 게시되어 있었고 세드릭 루의 학위 논문에서 인용한 880줄의 텍스트를 무시했다.
2011년 9월, 미국 프린스턴에서 고출력 토카막에 관한 심포지엄이 개최되었다:
http://advprojects.pppl.gov/ROADMAPPING/presentations.asp
이 심포지엄에서 플라즈마 및 토카막 분야에 20년 이상의 경험을 가진 글렌 워든 교수는 다음과 같은 발표를 진행했다:
즉,
고출력 토카막에서의 붕괴(Disruption)의 위험과 결과 검토
http://advprojects.pppl.gov/ROADMAPPING/presentations/MFE_POSTERS/WURDEN_Disruption_RiskPOSTER.pdf
그의 결론은 나와 동일하다.
이 발표가 파워포인트 형식일 때, 저자는 두 개의 영상을 포함했다. 첫 번째 영상은 폭발물의 폭발 상황을 보여주기 위한 것이었다. 관련된 18페이지는 다음과 같다:
발표 중에 저자는 파란 천 아래에 놓인 고출력 폭발물 1kg이 발생시키는 소리를 들려주었다(왼쪽 이미지 참조).
다음은 동일한 페이지의 프랑스어 번역본이며, 화살표는 관련된 이미지를 가리킨다.
****첫 번째 영상 보기
1시간 30분간의 전화 통화 중, 나는 프랑스어 사용자들이 이 영상을 접할 수 있기를 바랐고, 그는 즉시 영상을 보내주었다.
더 나아가 25페이지에서는 워든이 초당 2,000프레임으로 촬영한 영상 한 편을 소개한다. 이 영상은 TFTR 토카막 벽에 비정상 전자 폭풍(탈출 전자)의 영향을 보여준다. 이 실험에서 플라즈마 전류는 160만 암페어였다. 붕괴로 인해 비정상 전자 방전이 발생했으며, 그 크기는 70만 암페어에 달한다. 아래는 프랑스어 번역된 페이지이며, 빨간색 테두리로 두 번째 영상과 관련된 이미지를 표시했다:
****두 번째 영상 보기.
이 이미지들은 일부 독자들에게 혼란을 줄 수 있다. 사실 이 영상은 음영화(반전)된 이미지의 연속이다. 어두운 부분이 오히려 빛을 방출한다. 아래에서는 흑백 반전 처리를 통해 몇몇 이미지를 추출했다.
비정상 전자 폭풍(약 70만 암페어에 해당)으로 인해 코팅판이 폭발하면서 생긴 파편의 비가 내리는 모습을 볼 수 있다. 이 현상은 통제 불가능하며, 반응기의 어느 부분이라도 타격할 수 있다. 특히 베릴리움(매우 독성 및 발암성)으로 덮여 있는 첫 번째 벽의 일부도 포함된다. ITER에서는 열적 전자에서 상대론적 전자로의 전이를 유도하는 avalanche 효과 계수는 10¹⁶이며, JET과 Tore Supra는 각각 10⁴이다. ITER에서의 붕괴 전류는 약 1,100만 암페어로 평가되고 있다.
CEA가 10페이지에 걸쳐 반응한 논문에서 언급된 것은 토레-수프라 기계 내부에서 촬영된 사진이다. 이 글의 어조는 지금은 이미 모든 것이 정상화되었고 통제된 상태라고 암시한다. 참고로, 이 내용은 2011년에 열린 심포지엄에서 논의된 바 있다. 아래는 관련된 요약본이다:
이미지 1에서 2 사이의 간격은 0.5밀리초에 불과하다(그만큼 짧아서 개입하기 어렵다). 비정상 전자 방전(영어로는 runaway electron)이 작은 빨간 원 안(그림 1)에 영향을 미친 것이 명확히 보인다. 이 영향은 매우 집중되어 있다. 이 방전은 탄소 기반 CFC 타일에 작용하여 즉시 원자들을 벗겨내고 이온화시키며, 그 결과 반응기 내부를 가득 채운다. 이로 인해 이미지 3은 완전히 빛으로 가득 차 있다. 그림 4는 방출된 탄소 조각을 보여준다. 베릴리움으로 생각해보라.
간단한 비고: 만약 당신이 내 토카막 논문들을 읽었다면, 플라즈마 내 이온과 전자를 통제하려는 자기장의 힘선이 약간 풀린 나선형(플라즈마 배경의 흰색 화살표)이라는 점을 알았을 것이다.
이러한 "극방향성" 성분은 플라즈마 전류에 의해 만들어지며, 이 없이는 자기장이 나선형이 되지 않는다. 자기장 선은 단순한 원형(파란색)이 된다.
자기장 "토로이드형" (파란색 자기장 선, 빨간색 코일)
그러나 기계의 축 근처에 코일이 더 집중되어 있으므로, 그 지역에서 생성되는 자기장은 더 강하다. 그런데:
- 플라즈마는 자기장이 강한 지역을 피한다.
이 사실을 바탕으로, 자기장이 코일 주변(초전도 여부와 상관없이) 더 강하기 때문에 이를 이용해 플라즈마를 갇는 아이디어가 나왔다.
그러나 두 가지 힘이 대립하게 된다. 플라즈마 내에서 작용하는 압력 힘은 밀도와 온도에 따라 증가하며, 다음 식으로 표현된다:
p = n k T
여기서 p는 압력, n은 단위 부피당 이온 수, T는 절대 온도, k는 볼츠만 상수로 1.38×10⁻²³이다.
이러한 갇힘 현상을 요약하면 자기압력이라는 개념을 사용할 수 있다:
토로이드형 반응기와 코일이 있는 경우, 축 근처에서 자기장이 더 강해지며, 이는 자기압력이 증가하여 플라즈마를 밀어내게 된다. 좋지 않은 상황이다.
1951년, 세계적으로 유명한 플라즈마 물리학의 선구자인 미국인 라이먼 스피처(1914-1997)는 반응기의 형태를 나선형 띠처럼 꼬아보자는 제안을 했다.
L. 스피처, 1997년 사망
이렇게 스텔라토어(Stellarator)의 개념이 탄생했다.
스텔라토어
모든 사람이 이 아이디어가 너무 복잡하다고 생각한다(따라서 비용이 많이 든다). 연구자들은 보다 단순한 방법을 선호한다. 이 아이디어는 냉각에서 유래하며, 러시아는 1958년에야 이를 공개했다: 토르스 내부에 플라즈마 전류를 유도하여 순환시키는 것이다. 이 전류는 자기장에 추가 성분을 더해 플라즈마를 "전기 숟가락"처럼 회전시킨다. 스텔라토어보다 훨씬 단순해 보인다.
하지만 바로 이 플라즈마 전류(토레-수프라에서는 150만 암페어, JET에서는 480만 암페어, ITER에서는 1500만 암페어)가 붕괴를 유발한다. 이 전류는 모든 토카막을 본질적으로 불안정하게 만든다.
플라즈마에서 불안정성은 플라즈마 내부를 순환하는 전류에 의해 자기장이 생성될 때 생긴다(태양도 마찬가지로 자체 MHD 불안정성을 가지며, 이는 태양 플레어라는 완벽한 붕괴의 형태로 나타난다).
태양 플레어. 위 이미지는 매우 설명력 있다. 태양 표면(약 6,000도) 아래의 구조에 대해 정확한 이해는 아직 부족하지만, 그 "지하"가 복잡한 기하학을 가진 전류관(튜브)으로 이루어져 있을 것으로 추정된다. 자전거 실린더를 서로 다른 정도로 불어넣은 공기방울이 채워진 구체를 상상해보라. 이 실린더 내부의 공기 압력이 플라즈마 압력이며, 고무 재질의 전류관이 가지는 긴장력이 자기압력이다.
때때로 이러한 "실린더" 내부의 플라즈마 압력이 자기압력보다 높아지면, 그 압력은 태양 표면을 뚫고 나와 아름다운 곡선을 형성한다(위 이미지 참조). 이는 150%의 MHD 현상이다. 이러한 곡선은 태양 표면을 넘어서 퍼져나간다. 정상부에서는 자기장 선이 덜 빽빽하다. 즉, 곡선 상단의 자기장은 그 "발목" 부분보다 약하다는 의미이다. 그런데 플라즈마는 자기장이 강한 지역을 피한다는 점을 알고 있다.
따라서 이 곡선의 두 기둥은 자연적인 입자 가속기처럼 행동하며, 이온과 전자를 위로 빠르게 올린다. 그들은 곡선 정상부에서 충돌하게 된다. 이 속도는 열진동 에너지로 변환되어 압력을 증가시킨다. 이 압력은 공기방울이 더 이상 내부 압력을 견디지 못해 터지는 것처럼 곡선 정상부를 파열시킨다.
그 결과, 곡선은 두 개의 플라즈마 제트로 변환되며, 이 제트는 이온과 전자로 이루어진 매질을 방출한다. 이 매질은 300만에서 1,000만 도의 고온 상태에 달한다. 이로 인해 태양의 코로나(외층)가 매우 높은 온도를 가지며, 태양이 크게 분노할 때 지구 자기극 근처의 고위 대기에서 강력한 폭풍이 발생하는 이유를 설명할 수 있다.
왼쪽 아래에는 태양 플레어의 잔해: 고에너지 제트. 우리에게는 북극광이 태양에서 주기적으로 발생하는 붕괴 현상의 물리적 결과이다. 이는 "공학 법칙"에 따라 일어나며(즉, 우리가 어떻게 작동하는지 모른다는 의미).
스텔라토어에는 플라즈마 전류가 없으므로 붕괴가 없다! 이 아이디어는 다시 부활하고 있다. 일본은 이를 구현했다. 독일은 자신의 스텔라토어(그라이스발트의 맥스 플랑크 연구소 소속 웬델슈타인 7-X)를 완성 중이다.
그 코일을 보라. 매우 어색하다:
독일 스텔라토어용 50개의 초전도 코일.
전기가 발명된 이후, 전류가 나선형을 통과할 때 그 내부에 폭발하려는 힘이 작용한다는 것은 잘 알려져 있다. 고등학교에서 모두 본 적 있을 것이다.
1960년대, 내 연구실에서는 54,000 암페어의 전류를 통과시키는 코일을 제작했다. 너무 단단히 고정하지 않으면 벽에 박혀버렸다!(내가 이론가였던 것보다 실험가였다는 점을 상기해 주라. 최근까지도 2010년 9월, 한국 제주에서 열린 국제 MHD 심포지엄에서 발표한 바 있다. 이 작업은 '차고'에서 이루어졌다.)
토레-수프라의 코일은 단순한 원형이므로 재료 강도 문제는 본질적으로 최소화된다.
토레-수프라의 반응기, 원형 단면
JET의 코일은 'D'자 형태이며, 한 평면 내에 위치한다. 그러나 5.38테슬라의 자기장에 의해 발생하는 힘은 엄청나므로 여전히 단단히 고정해야 한다.
독일 스텔라토어의 어색한 코일은 기계적 강도 문제를 야기한다. 따라서 이 코일은 최대 3테슬라만 생성할 수 있다(이로 인해 JET보다 자기압력이 3배 낮아진다). 토로이드형 반응기에서 플라즈마를 갇기 위해서는 자기압력 대 플라즈마 압력의 비율이 약 10이 되어야 한다. 3배의 손실은 플라즈마 압력, 밀도, 온도에 제한을 둔다. 독일 스텔라토어의 반응기 부피는 30m³에 불과하며, JET의 100m³, ITER의 850m³보다 훨씬 작다.
이 독일 스텔라토어에 대한 문서 정보:
지름: 16m 높이: 5m 플라즈마 코일 평균 지름: 5.5m 자기장: 3테슬라 작동 시간: 최대 30분 가열 시스템: 마이크로파, 중성입자 주입, 고주파 수백 개의 측정용 개구부: 250개 플라즈마 부피: 30m³ 함량: 0.005~0.03g 플라즈마 전류가 없으므로 붕괴가 발생하지 않는다.
더 어색해질수록, 더 나빠진다...
독일 웬델슈타인 7-X 스텔라토어의 반응기 단면. 초전도 코일의 폭발 힘을 견디기 위한 장치. 기술적 복잡성은 대단하다!
토카막은, 언젠가 인간이 핵융합 에너지를 이용할 수 있게 해줄 수 있는 기계로서 살아남을 수 있을까? 일부는 의심한다. 사실 더 많은 사람들이 그렇다. 의심은 점점 커지고 있다. 이 불안정성은 연구자들의 삶을 수십 년간 망쳐왔다! 워든의 발표 마지막 페이지를 보라:
프랑스어 번역본은 신뢰할 수 있다. 이 페이지에 모든 것이 요약되어 있다. 여기에는 거대 토카막(즉, ITER)의 실패가 핵융합 에너지 연구에 대한 신뢰를 훼손할 수 있다는 우려가 담겨 있다. 그리고 마지막 줄에서 워든이 독일인들과 협력하는 자문 역할을 하면서도 스텔라토어에 주목하고 있음을 알 수 있다.
이것이 해결책일까? 누구도 확신할 수 없다. 거대한 스텔라토어에서 핵융합을 만들고, 붕괴 없이 버닝 플라즈마 조건을 탐색할 수 있다면, 14MeV 중성자 흐름에 대한 첫 번째 벽의 내구성 문제는 여전히 해결되지 않은 과제이다. 이 문제는 오래 전부터 IFMIF 설치를 통해 해결해야 했지만, 지금까지도 '그림자 속'에 머물러 있다.
저는 발리틴 스미르노프와 러시아 Z-핀치 계획에 대해 논의하지 않았습니다. 그러나 등분배 시간이 알프레드 전이 시간보다 훨씬 길다면 이온 점성과 이온 온도가 지배적입니다. 물론 최대 방사선을 얻는 것은 아니지만, 가장 높은 이온 온도를 얻을 수 있습니다. 따라서 26MA와 동일한 선 밀도에서 이전에 얻은 200-300keV의 값보다 1.7배 높은 이온 온도를 기대할 수 있습니다.
헤인스는 발리틴 스미르노프(모스크바 쿠차토프 연구소 핵융합 부서장)와 러시아 프로젝트에 대해 논의하지 않았다고 말했다. 그는 비아르티에서 말했던 것처럼, 미국이 2600만 암페어를 사용해 500keV(즉, 50억 도)에 도달했을 것으로 확인해주었다.
이 논리에 따르면, 스미르노프의 개인적인 통보에 따르면 150나노초 내에 5,000만 암페어를 생성하는 러시아의 장치(러시아인 자카로프가 개발한 "구형 라이너"와 고체 폭발물 형태의 주 에너지원을 사용)는 논리적으로 180억 도에 도달할 것으로 예상된다.
위키백과에서 찾을 수 있다. 이 논문은 방사선에 의한 직접 전환(유도 방식)이 가능하다고 언급하고 있으며, 나는 2006년부터 이를 지적해왔다(1993년 마일리의 논문을 다시 보고 싶다. 해당 페이지에서 인용됨).
위키백과에서는 특히 핵융합 반응으로 생성된 전력 대 방사선 손실(Bremsstrahlung) 비율을 보여주는 표가 있다. 이 비율은 디테륨-트리튬 융합에 매우 유리하다. 표는 최소 도달 온도를 300keV(붕소-수소)로 제시하며, Z-핀치에서는 훨씬 초과된다. 그러나 핵융합 전력 대 방사선 손실 비율이 1 미만(0.57)인 것은 이 기술이 초기에 불리하다는 것을 시사한다.
그러나 이러한 계산 결과는 이온 온도와 전자 온도가 동일한 경우에 해당한다. Z-기계에서는 이온 온도가 전자 온도보다 200배 이상 높다. Bremsstrahlung 손실은 전자 온도의 제곱근에 비례하며(전자 속도와 비례), 따라서 0.57에 √227을 곱해야 한다. 즉 약 15배의 계수를 곱하게 되며, 핵융합 전력 대 손실 비율은 8.58로 상승한다.
왜 이런 "역방향 비평형 상태"가 발생하는가? 전선이 수축할 때 이온과 전자는 동일한 속도(600km/s)를 얻기 때문이다. 이 운동 에너지는 열운동 에너지로 변환된다. 이러한 열화는 매우 빠르다(이온 기체의 경우 1나노초 미만, 전자는 약간 더 오래 걸림). 그러나 에너지의 등분배 시간, 즉 열역학적 평형으로 수렴하는 특성 시간은 훨씬 길다(2006년 헤인스 논문 참조).
간단한 비고: 이러한 세부 사항이 위키백과 페이지에 포함되었으면 한다. 누군가 내 대신 해야 할 것이다. 사실 나는 할 수 없다. 2005년, 몇몇 익명의 관리자들에 의해 평생 금지되었다. 이유는 노르말 슈페르의 이론 물리학 박사과정생인 야신 조리베의 신원을 폭로했기 때문이다. 그는 끊임없이 틀린 말을 했다. 나는 그의 연구실에서 직접 설명을 제안했다. 그러나 그렇게 하면서 그의 가면을 벗겨내었고, 위키백과의 운영 체계에서는 이는 불가사의한 죄악이다. 이후 그는 초끈 이론 박사학위를 취득하고 은행으로 직장을 옮겼다. 그가 그 은행에서 진짜 이름을 사용하고 있기를 바란다.
따라서 가능한 기술 방향이 존재하며, 연구할 가치가 있다. 그리고 ITER가 위치한 카다라크에 자리한 "에너지 도시"가 모든 가능성을 열어두고 있는 것처럼 보인다면(아래 참조), 왜 Z-기계를 건설하지 않을까? (비용은 ITER의 1/100). 나는 핵융합 플라즈마 전문가들 중에서, ITER라는 환상에 휘둘리지 않은 사람들을 통해 이 프로젝트를 성공적으로 추진할 수 있는 고위 연구자들을 찾을 수 있을 것이다.
저는 발리틴 스미르노프와 러시아 Z-핀치 계획에 대해 논의하지 않았습니다. 그러나 등분배 시간이 알프레드 전이 시간보다 훨씬 길다면 이온 점성과 이온 온도가 지배적입니다. 물론 최대 방사선을 얻는 것은 아니지만, 가장 높은 이온 온도를 얻을 수 있습니다. 따라서 26MA와 동일한 선 밀도에서 이전에 얻은 200-300keV의 값보다 1.7배 높은 이온 온도를 기대할 수 있습니다.
헤인스는 발리틴 스미르노프(모스크바 쿠차토프 연구소 핵융합 부서장)와 러시아 프로젝트에 대해 논의하지 않았다고 말했다. 그는 비아르티에서 말했던 것처럼, 미국이 2600만 암페어를 사용해 500keV(즉, 50억 도)에 도달했을 것으로 확인해주었다.
이 논리에 따르면, 스미르노프의 개인적인 통보에 따르면 150나노초 내에 5,000만 암페어를 생성하는 러시아의 장치(러시아인 자카로프가 개발한 "구형 라이너"와 고체 폭발물 형태의 주 에너지원을 사용)는 논리적으로 180억 도에 도달할 것으로 예상된다.
위키백과에서 찾을 수 있다. 이 논문은 방사선에 의한 직접 전환(유도 방식)이 가능하다고 언급하고 있으며, 나는 2006년부터 이를 지적해왔다(1993년 마일리의 논문을 다시 보고 싶다. 해당 페이지에서 인용됨).
위키백과에서는 특히 핵융합 반응으로 생성된 전력 대 방사선 손실(Bremsstrahlung) 비율을 보여주는 표가 있다. 이 비율은 디테륨-트리튬 융합에 매우 유리하다. 표는 최소 도달 온도를 300keV(붕소-수소)로 제시하며, Z-핀치에서는 훨씬 초과된다. 그러나 핵융합 전력 대 방사선 손실 비율이 1 미만(0.57)인 것은 이 기술이 초기에 불리하다는 것을 시사한다.
그러나 이러한 계산 결과는 이온 온도와 전자 온도가 동일한 경우에 해당한다. Z-기계에서는 이온 온도가 전자 온도보다 200배 이상 높다. Bremsstrahlung 손실은 전자 온도의 제곱근에 비례하며(전자 속도와 비례), 따라서 0.57에 √227을 곱해야 한다. 즉 약 15배의 계수를 곱하게 되며, 핵융합 전력 대 손실 비율은 8.58로 상승한다.
왜 이런 "역방향 비평형 상태"가 발생하는가? 전선이 수축할 때 이온과 전자는 동일한 속도(600km/s)를 얻기 때문이다. 이 운동 에너지는 열운동 에너지로 변환된다. 이러한 열화는 매우 빠르다(이온 기체의 경우 1나노초 미만, 전자는 약간 더 오래 걸림). 그러나 에너지의 등분배 시간, 즉 열역학적 평형으로 수렴하는 특성 시간은 훨씬 길다(2006년 헤인스 논문 참조).
간단한 비고: 이러한 세부 사항이 위키백과 페이지에 포함되었으면 한다. 누군가 내 대신 해야 할 것이다. 사실 나는 할 수 없다. 2005년, 몇몇 익명의 관리자들에 의해 평생 금지되었다. 이유는 노르말 슈페르의 이론 물리학 박사과정생인 야신 조리베의 신원을 폭로했기 때문이다. 그는 끊임없이 틀린 말을 했다. 나는 그의 연구실에서 직접 설명을 제안했다. 그러나 그렇게 하면서 그의 가면을 벗겨내었고, 위키백과의 운영 체계에서는 이는 불가사의한 죄악이다. 이후 그는 초끈 이론 박사학위를 취득하고 은행으로 직장을 옮겼다. 그가 그 은행에서 진짜 이름을 사용하고 있기를 바란다.
따라서 가능한 기술 방향이 존재하며, 연구할 가치가 있다. 그리고 ITER가 위치한 카다라크에 자리한 "에너지 도시"가 모든 가능성을 열어두고 있는 것처럼 보인다면(아래 참조), 왜 Z-기계를 건설하지 않을까? (비용은 ITER의 1/100). 나는 핵융합 플라즈마 전문가들 중에서, ITER라는 환상에 휘둘리지 않은 사람들을 통해 이 프로젝트를 성공적으로 추진할 수 있는 고위 연구자들을 찾을 수 있을 것이다.
과학 언론에서는 기사들이 계속 게시되고 있다. 10월 24일, CEA 웹사이트에 "붕괴에 대한 집중 조명"이라는 페이지가 등장했다. 토레-수프라 기계 내부에서 촬영된 사진이 포함되어 있다:
이 기사의 저자는 다음과 같은 점을 잊고 있다:
-
희귀 가스는 플라즈마의 공명 표면과 격렬한 반응을 일으켜 이온화되며, 더 깊이 침투할 수 없다. 이는 고등학교를 졸업한 사람이라면 누구나 알 수 있다.
-
이러한 실험은 붕괴가 자발적으로 발생한 것이 아니라 건강한 플라즈마에서 수행된다.
-
누출은 자동으로 붕괴를 유발하므로, 가스 주입은 붕괴를 유도하고 그 영향을 완화한다고 주장한다.
CEA는 이러한 연구를 "긍정적인 전망"이라고 평가했다(내 글에 대한 답변 내용 참조).
때때로 독자들이 새로운 기여를 제시하며 나에게 연락해온다. 몇 달 전, 한국인들은 자기장의 국부적 변동을 코일로 억제함으로써 "경계 불안정성"을 다루려 했다. 그러나 결과는 별로이며, 사실 새로운 아이디어도 아니다.
최근에는 네이처 저널이 토카막 플라즈마에 대해 6차원 공간(위치 + 속도)에서 작용하는 방법을 설명한다.
인상적이다. 그러나 읽는 사람에게는 별로 흥미로운 내용이 아니다. 학위 논문의 발표일 뿐이다. 이 방법을 통해 "톱니바퀴 불안정성"의 주파수를 조절할 수는 있지만, 완전히 제거하지는 못한다.
나는 CEA 총재 베르나르 비고에게 보낸 등기우편의 복사본을 제공할 것이다. 그에게 직접 연락해야 하는 이유는, 내 지적 부정행위를 비난하는 글의 저자들이 익명으로 숨어 있기 때문이다. 따라서 비고 씨에게 이 편지를 CEA 웹사이트에 게시해 달라고 요청한다. 이 편지는 10페이지에 걸쳐 "내가 과학적·사회적 논의에서 자발적으로 신뢰를 잃었다"고 결론짓는 용기 있는 익명의 사람들이 발표한 글 뒤에 게시되어야 한다.
장 피에르 페티, 전 국립 과학 연구원(CNRS) 연구소장
페르투아, 2012년 1월 17일
베르나르 비고, CEA 총재
CEA, 샤크레이 91191 지프 수르 이vet
등기우편 발송됨.총재님께,
2011년 11월 17일, CEA 웹사이트에 다음과 같은 문서가 게시된 후,"2011년 11월 12일 넥서스(Nexus) 저널에 게재된 장 피에르 페티의 논문 'ITER, 예견된 파산의 기록'에 대한 반응 — 원자력 및 대체 에너지 위원회가 준비한 보고서".
저는 이 글의 저자를 파악하기 위해 CEA의 커뮤니케이션 부서에 연락을 시도했으나, 무응답으로 끝났습니다. 그 결과, "이 글은 단일 저자에 의해 쓰인 것이 아니라, 이름을 밝히지 않으려는 그룹의 공동 작업물이며, 저와 논의하고자 하지 않는다고 답받았습니다."
이 글에는 다음과 같은 문장들이 포함되어 있습니다:
"국제적으로 명성이 높은 학술지에 게재된 과학적 정보, 그 정보의 저자, 그리고 해당 논문을 읽는 독자들까지도, 연구와 지식 발전과는 무관한 목적을 위해 조작되고 있다."
"이러한 지적 부도덕한 태도를 취함으로써, 페티 씨는 과학적 또는 사회적 논의에서 스스로 즉각적으로 배제된다."
저는 40년 이상 연구자로서 활동해왔으며, 은퇴 후에도 계속해서 연구를 이어오고 있습니다. 2008년, 2009년, 2010년에 각각 전문 학술지에 게재된 논문과 발표를 통해 이를 증명하고 있습니다. 그런데 이처럼 과학적 부정직이라는 비난을 받은 것은 이번이 처음입니다.
따라서 저는 이러한 발언을 한 사람을 알고 싶었으며, 이를 통해 카메라를 든 기자 앞에서 논의하고자 했습니다. 논의는 편집 없이, 편향 없이, 각자 균형 잡힌 발언 시간을 갖도록 하여, 일반 대중, 동료 과학자, 그리고 정치 결정자들에게도 공개하고자 했습니다. 왜냐하면 이 문서는 인터넷에 즉시 게시되었기 때문에, 누구나 접근할 수 있었고, 그에 따라 스스로 판단할 수 있었기 때문입니다.
만약 매우 심각한 인신공격적 비난이 제기된다면, 그 작성자(또는 그들이 그룹이라는 점을 고려하면 작성자들)는 조심스럽게 익명으로 숨을 수 없습니다. 이러한 문제는 공정성의 가장 기본적인 원칙에 따라 공개적으로 명확히 해야 하며, 단순한 권위에 의존하는 것이 아니라 건전한 민주주의의 기능을 위해서도 그러해야 합니다. 이러한 회피는 오직 교만함을 의미하는 것이 아니라, 해당 인물들의 자신감 부족과 전문성 부족을 드러낼 수도 있습니다.
사실, 익명의 저자들이 10페이지에 걸쳐 비판한 논문은, 제가 웹사이트에 게시한 115페이지짜리 논문의 매우 요약된 버전에 불과합니다. 이 논문에는 세드릭 루의 박사 논문에서 인용한 880줄이 포함되어 있었으며, 이는 그 논문의 1/3에 해당하는, 가장 중요한 부분들입니다.
저는 이 논문을 게시하기 전에 이메일로 루 씨와 연락을 시도했으나, 무응답이었으며, 그의 업적에 대해 칭찬의 메시지도 보냈습니다.
이 박사 논문은 향후 고출력 토카막, 특히 ITER에서의 붕괴 현상의 위험성을 지적했습니다. 제가 게시한 115페이지 논문에는 2011년 1월에 영국인 앤드류 토머슨의 박사 논문에서 인용한 내용도 포함되어 있었으며, 그의 결론은 루 씨의 것과 완전히 일치했습니다.
아래는 세드릭 루의 박사 논문에서 인용한 두 개의 예시입니다:
V페이지:
"토카막 플라즈마의 붕괴는 몇 밀리초 내에 플라즈마의 전반적인 격리가 무너지는 현상입니다. 이는 구조물에 집중된 열 손상, 구조물 내의 라플라스 힘, 그리고 플라즈마 내부를 관통할 수 있는 고에너지 전자(탈구 전자)를 생성할 수 있습니다. 붕괴를 완전히 피하는 것은 항상 가능한 것은 아니므로, 특히 현재 기기보다 전력 밀도가 1~2배 더 높을 것으로 예상되는 미래의 토카막에서는 붕괴의 영향을 최소화하는 것이 필수적입니다."
165페이지:
"향후 토카막을 신뢰성, 안전성, 안정성, 성능 측면에서 효과적으로 운영하기 위해서는 플라즈마의 붕괴를 제어하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 이러한 폭력적인 현상은 플라즈마의 격리가 무너지는 것으로 인해 세 가지 유형의 부정적인 영향을 초래합니다. 전자기적 영향은 유도 전류, 홀로 전류, 그리고 그로 인한 라플라스 힘을 포함하며, 이는 진공 캐비닛과 구조물의 일부를 손상시킬 수 있습니다. 플라즈마 내 에너지의 손실로 인한 열적 영향은 플라즈마와 접촉하는 벽면 요소에 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다. 마지막으로, 붕괴 중 가속된 상대론적 전자 빔은 진공 캐비닛을 관통할 수 있습니다."
앤드류 토머슨의 박사 논문, 14페이지에서 인용:
"다음 세대 토카막에서의 붕괴의 결과는 심각하며, 전력 생산용 토카막에서의 붕괴는 치명적인 결과를 초래할 것입니다."
이 115페이지짜리 문서를 읽은 후, 유럽의회 의원 미셸 리바지 씨는 저에게 유럽의회 에너지 연구 기술위원회의 124명 구성원을 대상으로 더 간결한 버전을 작성해 달라고 요청했습니다. 저는 이 요청을 수락했습니다.
이 문서가 위원회 내에서 유통되고 있다는 사실을 알게 된 후, 세드릭 루 씨는 이를 악용하여 정치적 목적을 위해 의도적으로 자르고 왜곡된 인용문을 사용한 것에 대해 강력히 항의하는 서한을 보냈습니다.
참고로, 이와 같은 기법을 사용한 것은 바로 'CEA의 익명 저자들'입니다. 그들의 글에는 '넥서스' 저널의 논문에서 인용한 것처럼 보이는 인용문이 포함되어 있습니다. 인용문을 인용하면 다음과 같습니다:
91페이지:
"세계의 모든 토카막, 토레 수프라와 JET을 포함하여, 다양한 원인으로 인해 갑자기 다루기 어려워졌다."
이 인용문은 의도적으로 자르여, ITER가 결국 먼 훗날 파편이 벽면에서 떨어지거나 밀봉 불량으로 인한 가스 유입으로 인해 심각한 붕괴를 겪게 될 것이라는 사실을 숨기고 있습니다. 아래는 자르지 않은 원문입니다:
91페이지:
"세계의 모든 토카막, 토레 수프라와 JET을 포함하여, 다양한 원인으로 인해 여러 차례 완전히 다루기 어려워졌으며, 벽면에서 파편이 떨어지는 것에서부터 진공 캐비닛의 밀봉 불량으로 인한 냉각 가스 유입에 이르기까지 다양한 원인이 있었다. 현재 존재하거나 향후 개발될 모든 기기는 '붕괴' 현상을 경험해왔고, 경험하게 될 것이다."
저는 생략된 부분을 강조했습니다. 이 부분이 문장의 의미를 완전히 바꿉니다.
다시 세드릭 루 씨로 돌아가면, 그는 리바지 의원에게 강력한 항의서를 보낸 동시에, 그녀와의 면담을 요청했습니다. 리바지 의원은 그의 제안 일자인 2011년 11월 16일에 그와의 면담을 수락했으며, 조건으로 제가 함께 참석하고, 기자가 논의를 녹화할 수 있도록 했습니다. 기자는 질문을 하거나 논의를 유도하지 않으며, 녹화된 영상은 편집 없이, 컷 없이, 제 웹사이트인 '조사를 통한 논의'에 게시될 예정이었습니다.
저는 이 시점에서 CEA 그룹이 2011년 11월 17일에 웹사이트에 게시한 글을 준비했을 것으로 추정합니다. 이 글은 제한된 문서를 기반으로 했으며, 원문을 충분히 살펴보지 않은 듯 보입니다. 왜냐하면 원문에는 자르지 않은 풍부하고 연속적인 자료가 있었기 때문에, 자르고 왜곡하는 방식으로 조작했다는 비난을 피하기 어려웠을 것이기 때문입니다.
이후, 리바지 의원에게 보내신 서신에서, 당신은 루 씨가 저와 혼자 만나는 것을 원치 않으며, 그가 당신과 알랭 베쿠레 씨와 함께 오는 것을 제안하셨습니다. 당신은 베쿠레 씨를 ITER 전문가라고 소개하셨습니다.
리바지 의원은 이 제안을 수락했으며, 국회의사당 블로방 생제르맹에 마련된 회의실을 만남 장소로 정했습니다.
2011년 11월 16일 저녁, 리바지 의원, 기자, 그리고 저는 당신의 도착을 기다렸으나, 결국 당신 세 분은 아무런 연락 없이 일체의 예고 없이 불참을 선언했습니다. 그 다음 날, CEA 웹사이트에는 서명 없이 10페이지에 이르는 긴 글이 게시되었습니다.
무엇을 결론지어야 할까요?
ITER 프로젝트의 명확성 부족, 프랑스와 국제적으로도 그 관리가 매우 혼란스럽다는 결론입니다. 만약 2011년 11월 17일에 CEA 웹사이트에 게시된 익명의 저자들이 전체 논문을 읽었다면, 그들은 제가 게시한 115페이지 문서에 이미 그들의 주장에 대한 반박이 장황하게 포함되어 있음을 즉시 발견했을 것입니다. 이 반박은 루 씨와 토머슨의 박사 논문에서 인용한 내용들로 이루어져 있으며, 이들은 제가 웹사이트에 게시한 문서에 포함되어 있습니다.
예를 들어, 이들이 수치 시뮬레이션에 과도한 신뢰를 두고 있는 것과는 정반대의 입장에서, 루 씨의 박사 논문에서 다음과 같은 문장을 인용하겠습니다 (그들이 아마도 읽지 않았을 수도 있겠지만):
20페이지:
"토카막 플라즈마는 평균적으로 10²⁰에서 10²²개의 입자로 구성되어 있으며, 각 입자는 다른 모든 입자들과 상호작용할 수 있으므로, 심지어 초계산기의 계산 능력이 증가하더라도 이러한 시스템을 해결하는 것은 매우 어렵다고 볼 수 있습니다."
내부 요소의 변형에 관해서는, 루 씨의 박사 논문 59페이지에서 다음과 같이 언급하고 있습니다:
"따라서 진공 캐비닛의 수직 힘을 줄일 수 있는 방법을 개발하는 것이 필요하다. 이 힘은 캐비닛의 수용 불가능한 변형을 초래할 수 있다."
등등, 계속됩니다.
익명의 저자들은 제가 토카막에 관한 수많은 논문과 발표를 무시하고 있다고 비난합니다. 저는 이에 대해 반박하며, 최근에 G.A. 워든이 발표한 발표 자료를 언급하고자 합니다. 제목은 다음과 같습니다:
"대규모 토카막에서의 붕괴 위험과 결과 관리"
2011년 9월 16~17일 미국 프린스턴에서 열린 회의에서 발표되었으며, 주제는 "ITER 시대에 이르기 위한 핵융합 에너지 생산을 위한 로드맵"이었습니다.그 발표 자료의 4페이지에서, 그의 입장은 루 씨, 토머슨, 그리고 수많은 다른 사람들과 일치합니다:
4). 우리는 여전히 세계 최고의 빠른 컴퓨터에서도 이를 시뮬레이션할 수 없다.
그의 발표 내용과 제가 리바지 의원에게 제공한 요약을 비교해 보면, 결론이 완전히 일치한다는 것이 명백합니다. 만약 G.A. 워든 씨가 저와 마찬가지로 과학적 부정직을 저질렀다고 보아야 한다면, 또는 IRFM 소속의 필립 게드리에 씨가 제게 제안한 것처럼, 그도 정신과 치료를 받아야 한다는 결론을 내려야 할 것입니다.
마지막으로 제가 강조하고자 하는 점은, 2011년 11월 17일 글에서 익명의 저자들이 다음과 같이 썼다는 것입니다:
"ITER의 7개 파트너(일본, 한국, 인도, 중국, 미국, 러시아 연방, 유럽 연합)와 프랑스의 원자력 안전 당국이, 페티 씨가 상상하는 것처럼 붕괴가 매우 위험하다면, 그들이 이를 언급하지 않았을 것이라고 생각하는 것은 정말로 그들의 역할을 제대로 이해하지 못한 것이다." 이 문장은 붕괴 문제가 여러 평가 기관에 은폐되었다는 암시를 담고 있습니다. 그러나 사실은 전혀 그렇지 않습니다. 붕괴 현상은 문헌에서 널리 논의되고 있으며, 특히 2007년 '핵융합' 저널에 게재된 'ITER 물리 기초'에서 35페이지 이상이 이에 할애되어 있습니다(1999년 초안 보고서를 보완함).
저는 누구에게도 도전합니다. 프랑스의 정치인, 결정자, 과학 기자 중에서, 제가 논문을 게시하기 전에 '붕괴'라는 단어를 들어본 적 있거나, 그 내용을 어디선가 읽어본 적 있는 사람이 있다면, 그를 찾아보십시오. 익명의 저자들이 인용한 과학 문서들은 지금까지도 일반인에게는 접근이 불가능하며, 연구소에 근무하는 전문가들만이 접근할 수 있습니다.
CEA 웹사이트에 '붕괴에 대한 집중 조명'이라는 새로운 페이지가 등장한 것은 2011년 10월 24일에 처음이었습니다. 이 문서는 분명히 서두르며 게시된 것으로 보입니다. 세드릭 루의 박사 논문을 기반으로 한 이 글의 저자는, 이러한 시험들이 자발적으로 붕괴가 발생하는 것이 아니라, 건강한 플라즈마에 대해 수행되었음을 의도적으로 생략하고 있습니다. 루 씨의 박사 논문 168페이지에서 다음과 같이 언급하고 있습니다:
"실험적으로는 건강한 플라즈마에만 주입이 이루어졌으며, 이미 붕괴 위험이 있는 플라즈마에 대해서는 거의 시험되지 않았다."
이것은 마치 '불이 붙지 않은 상태'에서 소화기의 효과를 시험하는 것과 같습니다.
단순히 사진을 보는 것으로도, 저자가 이 사진이 냉각 가스가 즉각 형성된 '공명 표면'에 의해 차단되어 있다는 것을 알고 있는지 궁금합니다. 이는 분명히 눈에 띄는 사실인데, 왜 생략했는지, 아니면 단순히 저자의 무지일까요?
2011년 11월 17일 글로 돌아가면, 익명의 저자들이 제안하는 것은, '공학 법칙'(즉, '요리 조리법')에 기반해 문제적이고 잠재적으로 위험한 실험을 설계하는 것입니다. 이는 고비용이고 불확실한 프로젝트를 시작하기 전에 기본적인 이해가 필수적이라는 전제를 무시하는 것입니다. 이러한 태도는 충격적이고 무책임하며, 정직히 말해, 비극적입니다.
문제의 은폐는 계속되고 있습니다. 2011년 11월 17일, ITER 프랑스의 폴 가르당 씨가 국회의사당에서 ITER 프로젝트를 발표했을 때, 이 주요 문제점은 완전히 무시되었습니다. 이 문제는 수십 년 전부터 모든 전문가들이 알고 있던 것입니다. 그러나 그는 이 문제를 알고 있을까? 그가 발표하는 내용은 반론이 없이, 과학적 논의보다는 선전에 가깝습니다.
사실, JET의 놀라운 성공(융합 에너지를 1초 동안 생성), 그리고 토레-수프라의 성공(초전도 장치와 플라즈마 전류 유지 시스템을 사용해 비열핵 반응 플라즈마를 6분간 유지)은, 그들의 기본적인 문제점이 오랫동안 잘 알려져 있음에도 불구하고, 이 방식에 대한 과도한 낙관을 초래했습니다.
저는 이미 앞서 언급한 G.A. 워든의 발표 자료 결론을 다시 언급하고자 합니다. 그는 결론에서 토카막 플라즈마가 100% 제어되지 않으며, ITER 전에 기존 또는 곧 완성될 기기에서 집중적인 시험을 수행해야 한다고 강조합니다.
그의 발표 자료 28페이지:
- ITER 전에 고에너지 토카막 플라즈마의 제어를 입증해야 한다.
그의 발표 자료 32페이지:
- 토카막 붕괴를 연구하기에 가장 좋은 장소는... ITER가 아니다!
또한, 한국과 영국에서 제안된 플라즈마의 능동 제어 방법은 모두 계획 단계에 머물러 있으며, 언론에서는 혁신으로 소개되지만, 실제로는 여전히 작동하지 않습니다.
기초 연구를 계속하는 것은 합리적이지만, 이와 같은 방식으로 산업적 실현을 전제로 한 프로젝트를, 21세기 말까지 확장하는 것은 비합리적입니다.
그러나 정치인들의 꿈을 따라, 설계자들은 이미 작업을 시작했습니다. ITER의 설계는 10년 이상 전에 엄청난 비용을 들여 완전히 완성되었으며, 예를 들어 탄소 기반의 첫 번째 벽 같은 기술적 해결책을 채택했지만, 중간에 포기하고 더 위험한 선택(독성 및 발암성 있는 베릴리움)으로 대체되었습니다.
이 장치는 여전히 데이터 없이 완전히 설계되었으며, 재료의 마모에 대한 내구성, 열 충격에 대한 반응, 그리고 핵융합 중 발생하는 중성자(14MeV, 분열보다 7배 더 에너지 높음)에 대한 방사선 저항성에 대한 데이터도 없었습니다. 이 모든 것은 프랑스의 두 노벨상 수상자인 피에르-길레 드 제느와 장-프랑수아 샤르파크, 그리고 일본의 노벨상 수상자 마사로시 코시바의 경고를 무시한 결과입니다. 특히 코시바 씨는 2004년에 이렇게 말했습니다:
"이 프로젝트는 더 이상 과학자들의 손에 있지 않으며, 정치인들과 사업가들의 손에 있다."
붕괴와 관련된 문제는 여전히 제대로 다루어지지 않았으며, 이는 의도적으로 무시되었거나, 단순한 경솔함 때문이거나, 단순한 무지 때문일 수 있습니다. 이 문장이 CEA 2011년 11월 17일의 커멘트에서 인용된 것인데, "이 문제를 다루기 위한 노력의 결과는 긍정적이다. 2019~2020년에 수소 플라즈마를 위한 혁신적인 방법들이, 기존의 것보다 더 나은 방법들이 개발될 것으로 합리적으로 기대할 수 있으며, 2026년 듀테륨 플라즈마에서는 더욱 그렇다."라는 문장을 읽는 산업계는 이 프로젝트가 얼마나 위험한지 알 수 있을 것입니다.
저는 필립 게드리에 씨(IRFM 소속 연구소장)가 저에게 한 것처럼, 매우 모욕적인 발언을 하지 않겠습니다. 또한 CEA가 2011년 11월 17일에 게시한 보도자료에 포함된 내용도 반복하지 않겠습니다. G.A. 워든의 발표 자료 내용을 바탕으로, 그의 제안이 저와 완전히 일치한다는 점을 강조하며, 더 겸손한 어조로 단 한 문장만으로 결론을 내리겠습니다: "ITER 프로젝트는 합리적이지 않다."
총재님께, 존경의 마음을 전하며, 이 글과 영문 번역본을 CEA 웹사이트에 게시해 주시기를 부탁드립니다. 이는 2011년 11월 17일에 게시된 모욕적인 글에 대한 정당한 반응의 권리에 따라 이루어지는 것입니다.
장 피에르 페티
2012년 6월 28일:
베르나르 비고로부터 제 등기우편에 대한 답변 없음. ---