핵융합 에너지가 상업적 현실에 가까워지면서 원자로 내부 노심에 가해지는 극도의 중성자 플럭스로 인해 씰, 구조 재료, 진공 용기 등 핵심 부품의 수명이 위협받는다는 엔지니어링 과제가 대두되고 있습니다. ARC와 같은 일부 1세대 원자로의 경우, 이는 특정 주기로 주요 부품을 교체해야 한다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 ARC 내부의 설계 업데이트는 이 문제를 완화하기 위해 FLiBe 액체 블랭킷과 같은 대체 솔루션을 제안합니다.

SPARC: 퓨전의 중성자 해머

커먼웰스 퓨전 시스템즈에서 개발한 SPARC는 세계에서 가장 진보된 고장력 토카막 프로토타입 중 하나입니다. 2026년까지 플라즈마 손익분기점(Q > 1)을 달성할 것으로 예상됩니다. 컴팩트한 크기와 높은 자기장(최대 12T)으로 전기 생산에 사용되는 산업용 원자력 설비의 일반적인 속도를 훨씬 뛰어넘는 중성자 플럭스를 제공하는 것이 흥미롭습니다.

유지 관리 및 밀봉: 숨겨진 병목 현상

이 플럭스는 구조 재료의 활성화, 취성, 헬륨 팽창 및 씰 기능의 무결성에 문제를 일으킬 수 있습니다.

이러한 조건에서 씰을 유지 관리하거나 교체하려면 전체 셧다운과 원격 개입이 필요하므로 비용과 시간이 많이 소요됩니다. 핫셀이나 로봇 유지보수 인프라가 없다면 이는 심각한 제약이 됩니다. 그러나 SPARC의 작동 조건으로 인해 활성화는 ARC의 경우보다 훨씬 더 제한적입니다.

ARC: 중성자 플럭스 극복하기 영향 대상 FLiBe

SPARC의 후속작인 ARC는 이러한 문제를 염두에 두고 설계되었습니다. FLiBe(불화 리튬과 불화 베릴륨의 혼합물)로 만든 액체 침지 블랭킷을 소개합니다.

무엇 FLiBe Does

• 중성자 조절 및 흡수: 구조 재료와 진공 용기를 보호합니다.
• 삼중수소 번식: FLiBe의 리튬은 중성자 충격을 받아 삼중수소를 생성합니다. 이는 핵융합 반응에 필요한 삼중수소를 생산할 수 있다는 것을 의미합니다.
• 열 전달 매체: 고압 없이 700~900°C에서 효율적으로 작동합니다.

새로운 소재의 도전 과제 등장

재료의 중성자 문제를 해결하는 FLiBe는 자체적인 엔지니어링 제약이 있습니다:

• 높은 작동 온도(~850°C)에는 내열성 및 내화학성이 뛰어난 소재가 필요합니다.
• 호환되는 자료는 다음과 같습니다:
  • 하스텔로이-N 또는 인코넬과 같은 니켈 기반 합금은 용융 염에 대한 내식성을 향상시킵니다.
  • SiC/SiC 복합재: 중성자 저항성 및 FLiBe 호환성(비용이 많이 들고 깨지기 쉽지만).
  • 흑연 또는 코팅된 내화성 금속(예: 몰리브덴, 텅스텐).
• 씰링 재료는 열 순환, 화학적 부식 및 잠재적인 삼중수소 침투에 저항해야 하므로 엔지니어는 새로운 설계를 추구해야 합니다.

성숙도 FLiBe 광범위한 채택

유망한 성능에도 불구하고, 플리비 블랭킷은 아직 산업적으로 성숙하지 않았습니다. 현재 개발이 진행 중인 주요 영역은 다음과 같습니다:

• 산화 환원 제어 시스템으로 염분 분해와 부식을 방지합니다.
• 용융 염에서 삼중수소 추출 시스템.
• 원격 처리 및 염분 정화 기술.

하지만 그 모멘텀은 점점 커지고 있습니다:

• ARC는 가장 고급 사용자입니다.
• Xcimer Energy(레이저 융합)는 중성자 방패로 FLiBe를 연구하고 있습니다.
• 핵분열 세계의 경우, MoltexFLEX와 TMSR-LF1(중국)이 MSR에 다른 염을 배치하고 있습니다.

이러한 추세는 분명한 산업 변화를 보여줍니다. 액체 블랭킷은 더 높은 화학 및 열 복잡성을 대가로 더 나은 가동 시간, 차폐 및 통합 잠재력을 제공하는 내구성 있는 핵융합로 아키텍처의 미래가 되고 있습니다.

핵융합 산업은 결정적인 순간에 직면해 있습니다: 원자로 노심이 자체 전력을 견딜 수 있을까요? 1세대 토카막은 특히 유지보수, 밀봉 및 재료 피로와 같은 엔지니어링 문제점을 노출하고 있지만, ARC와 같은 차세대 설계는 이를 극복하기 위해 FLiBe를 채택하고 있습니다. 그러나 FLiBe가 핵융합의 미래에 중심이 되면서 업계는 이제 부식, 삼중수소 관리 및 고온 재료 통합을 해결해야 합니다.