안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
핵융합로 내부에서 중성자와 리튬을 반응시키는 과정은 연료의 자급자족과 에너지 회수라는 두 가지 핵심적인 목적을 달성하기 위한 정교한 설계입니다. 핵융합의 주요 연료인 삼중수소는 자연 상태에서 매우 희귀하기 때문에 외부 공급에만 의존하기 어렵습니다. 이를 해결하기 위해 핵융합로 내부 벽면에 리튬을 포함한 증식 블랭킷을 설치하고, 핵융합 반응 결과물로 튀어나오는 고에너지 중성자를 이 리튬과 충돌시킵니다.
이때 일어나는 무기 핵화학적 변환을 살펴보면, 중성자가 리튬의 원자핵에 흡수되면서 헬륨과 함께 삼중수소가 생성됩니다. 리튬-6과 리튬-7 동위원소 모두 중성자와 반응하여 새로운 삼중수소 원자핵을 만들어내는데, 이 과정을 통해 핵융합로가 가동되는 동안 소모되는 연료를 내부에서 지속적으로 재생산하는 연료 증식이 가능해집니다.
동시에 이 반응은 에너지 변환 측면에서도 결정적인 역할을 합니다. 핵융합으로 발생한 중성자는 엄청난 운동 에너지를 가지고 있는데, 중성자가 증식 블랭킷 내의 리튬 및 주변 물질과 충돌하는 과정에서 그 운동 에너지가 열에너지로 전환됩니다. 이렇게 발생한 열은 블랭킷 내부를 흐르는 냉각재를 데우고, 이를 통해 증기를 발생시켜 터빈을 돌리는 전기에너지의 근원이 됩니다. 결국 리튬은 삼중수소를 만드는 원료이자, 중성자의 파괴적인 에너지를 우리가 사용할 수 있는 열로 바꾸어 주는 매개체로서 핵융합 발전의 경제성과 실용성을 동시에 확보해 주는 핵심 요소입니다.