핵융합로용 산화물 삼중수소 증식재

핵융합과 관련한 국내의 연구수준은 아직은 미미한 실정이나 원자력 선진국에서는 2050년 상용로 실현을 목표로 체계적인 연구가 진행되고 있다(Fig. 14). 1960년대 말에 러시아의 T-3 토카막에서 1000만도 플라즈마 온도를 달성한 이래로 일본의 JT-60, 미국의 TFTR, 유럽 연합의 JET, 러시아의 T-15와 같은 핵융합로는 토카막 방식을 채택하여 기초 과학적인 개념 연구가 진행되어 왔다. 다음단계의 핵융합로는 미국-일본-러시아-유럽연합이 협력하여 1998년 착공 2005년 완공을 목표로 한 차세대 실험로인 ITER, 유럽연합의 독자적인 계획하에 진행되는 NET, 일본의 SSTR이 있으며, 이들은 현재 개념설계를 마치고 공학설계가 진행 중이다. 이 차세대 실험로들이 2000년대 초에 완성되면, 2020년경 실증로를 건설하고 2050년경 상용로 실현을 계획하고 있다. 핵융합로 연구분야의 현안은 플라즈마 confinement 특성 개선, 전류구동 및 연속운전, 융합 부산물을 취급하는 핵/물리적 문제 이외에도 1차벽과 디버터의 자료개발, 초전도 자석 기술개발, 블랭킷 (증식재) 재료 개발 및 삼중수소 회수 기술개발과 같은 재료분야를 포함한 공학적인 문제도 있다. 핵융합로 증식재는 핵융합 발전의 연료인 삼중수소를 생산하는 핵융합로의 핵심 구성요소로서 삼중수소를 만들 수 있는 유일한 물질인 Li의 화합물이 적용되고 있다. Li계의 산화물, 액체금속, 용융 금속염의 상태가 Li계 화화물로 고려될 수 있으나, 삼중수소의 방출능력, 고온 열물리, 화학적, 기계적인 성질과 조사거동 등을 고려하여 Li₂O, LiAlO₂, Li₂ZrO₃, Li₄SiO₄, Li₂TiO₃와 같은 산화물이 유망한 후보재로 연구되고 있으며, 실용화되고 있다. 이 산화물들의 물성은 기공율, 입자크기, 입자모양, 미세구조 등의 물리적인 요소와 깊은 연관성이 있으며, 이에 따른 제조공정의 최적화는 물성을 제어하는데 매우 중요한 역할을 하며, 이에 필요한 다양한 제조방법이 제안되고 있다. 산화물 소결체의 제조시 초기 분말의 특성은 소결체의 물성에 큰 영향을 미치므로 초기 분말의 최적화는 중요한 제조공정의 하나가 된다. Li계 산화물 분말제조를 위하여 여러 가지 분말제조 방법이 보고되고 있으나, 적정연료를 선택하여 자발착화연소반응법을 이용하면 미립의 LiAlO₂와 Li₂ZrO₃ 분말을 쉽게 합성할 수 있다.