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핵융합

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201607.18

소리 없이 세상을 바꾸는 헬륨

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/550

 

 

 

 얼마 전 영국 연구진들이 아프리카 탄자니아에서 헬륨 가스전을 발견했다는 소식에 과학계가 다함께 환호했습니다! 헬륨이라고 하면 흔히 풍선을 가장 먼저 떠올리실 텐데요. 우리 일상 속에서 매우 친근한 기체 중 하나인 헬륨 가스전을 발견했다는 소식에 왜 과학계가 함께 기뻐한 것일까요?

 

 

헬륨이란?

 

 헬륨은 전 우주적으로 보면 우주의 4분의 1을 차지할 정도로 매우 흔한 기체입니다. 하지만 헬륨은 공기보다도 가볍기 때문에 지구의 중력으로는 잡아둘 수 없어 지구 대기 중에 있던 헬륨들은 이미 오래전에 우주로 날아가 버렸습니다. 따라서 현재 지구에서 사용되는 헬륨은 주로 천연가스에서 분리하는 방법을 통해 제조되고 있기 때문에 유독 귀한 기체로 취급받고 있습니다.

 

 일반적으로 헬륨을 떠올리면 주로 풍선이나 목소리 변조를 떠올리기 쉽지만, 이는 헬륨이 사용되는 다양한 분야 중 극히 일부에 불과합니다. 예를 들어 헬륨은 가볍고 폭발성이 없기 때문에 풍선 외에도 기구나 비행선을 띄우는 기체로 사용되며, 다른 화합물과 섞이더라도 반응하지 않고 용해도가 낮아 잠수부들은 잠수병 예방을 위해 산소-질소 대신 산소-헬륨 혼합물로 호흡을 합니다.

 

 하지만, 헬륨이 가장 많이 사용되는 분야는 따로 있습니다!

 

 

초전도핵융합연구장치 KSTAR, 헬륨이 필요해!

 

 실제로 전체 헬륨 수요의 약 30퍼센트는 초전도자석을 냉각하는 냉각제로 사용되고 있습니다. 대표적인 연구 분야가 바로 초전도 자석을 사용하여 자기장을 발생시키는 우리나라의 핵융합연구장치 KSTAR입니다.

 

 초전도자석이 전기저항이 없어지는 초전도성을 띄기 위해서는 절대 0도에 가까운 268를 유지해야 하는데, 끓는점이 268.93인 지구에서 가장 차가운 물질 헬륨을 사용하면 KSTAR 초전도자석을 안정적으로 냉각시킬 수 있습니다.

 

 이때 사용되는 헬륨의 경우 초임계 헬륨이라고 하여 일반적인 기체 상태의 헬륨이 아닌 액체상태의 헬륨이 사용됩니다. 초임계란 높은 압력을 가했을 때 액체와 밀도는 같지만 액체보다 점도가 낮아 액체가 기체처럼 퍼져나가는 물질의 상태를 말합니다. 액체이지만 기체의 상태를 띄고 있기 때문에 KSTAR 초전도 자석의 구석구석을 고르게 냉각하는 데 도움이 되는 것이죠.

 

 KSTAR 외에도 초전도 자석이 사용되는 자기공명영상장치(MRI)나 입자가속기에서도 냉각을 위해 헬륨이 사용되며, 그 외에도 반도체 제조공성, 아크 용접이나 화학물질 분석 등 첨단기술 분야에서 헬륨은 다양하게 사용되고 있습니다.

 

 

앞으로 헬륨 공급, 괜찮을까?

 

 이번에 탄자니아에서 발견된 헬륨은 인류가 약 7년간 사용할 수 있는 양이라고 합니다. 점점 늘어나는 헬륨 수요에 숨통을 틔워준 반가운 발견이죠!

 

 또한, 기존처럼 천연가스 탐사 과정에서 우연히 발견된 것이 아니라 오직 헬륨 가스전 발견을 위한 탐사 과정에서 발견했다는 점에서도 의미가 있습니다. 같은 방식을 통해 앞으로 또 다른 헬륨 가스전을 발견하게 된다면, 전 세계 헬륨 공급이 더욱 안정될 것이기 때문입니다.

 

 목소리를 변조시켜주는 재미있는 기체인줄로만 알았던 헬륨!

 알고 보니 우리 생활에서는 없어서는 안 될 중요한 기체인 것 같죠? :)

    

 

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