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美打造「小太陽」 獲重大突破

  • 刊登日期:2022-12-13
  • 資料來源: 經濟日報/ 編譯 任中原 /綜合外電
  • 作者:編譯 任中原

核融合原理圖/經濟日報提供(詳如下方說明)

核融合原理

D氘與T氚→Fusion融合反應→Neutron中子、Energy能源、He氦

註:氘(D,重氫)和氚(T,超重氫)融合反應,產生了氨核(或α粒子)和高能中子。

資料來源:美國能源部官網

美國在熱核融合研究領域首度獲得突破。美國聯邦政府加州勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)採用「慣性局限融合」程序,淨能量增益率可達到約20%,代表可產生無限量、零排碳能源的「小太陽」,距離人類已愈來愈近。美國能源部預定13日在實驗室宣布此項「重大科學突破」。

 

核融合反應與太陽產生熱能的原理相同,因此被科學界稱為「小太陽」,被喻為零碳排的「聖杯」(holy grail)。物理學家從1950年代就致力於研究核融合反應,但所產生的能量始終低於融合反應所耗用的能量,亦即無法產生淨能量增益。

 

倫敦金融時報(FT)報導,知情人士表示,LLNL採用「慣性局限融合」(Inertial confinement fusion)程序,包括使用全世界最強的雷射轟擊氫氣電漿微粒,過去兩周已經在實驗過程中達到淨能量增益(net energy gain)。實驗室國家點火設施(NIF)的核融合反應設施共產生2.5兆焦耳的能量,而所用的雷射消耗2.1兆焦耳能量。

 

實驗室也證實這項實驗獲得成功。實驗室表示,「初步診斷數據顯示實驗成功;但確定的結果仍有待決定,而且我們能夠證實這次已經邁過門檻」。兩位熟悉此事的人士指出,能量產出超過預期,破壞了一些診斷設備,使分析工作較為複雜。

 

科學界已經在廣泛討論這項突破。雖然許多科學家相信這距離建立核融合電力站還要好幾十年,但這項科技的潛力不容忽視。核融合反應優於現有的核分裂反應,既不會排碳,也不會產生放射性廢物,而且理論上只要一小杯氫燃料,就能供應一個家庭好幾百年所需的電力。

 

電漿物理學家特瑞爾表示,「如果獲得證實,我們正處於見證歷史的時刻。科學家從1950年代就試圖證明核融合能夠釋出更多能量,LLNL似乎終於且絕對性地達成了數十年來的目標」。

 

全世界大部分的核融合研究都聚焦於另一種方式:磁局限融合,是以強力磁鐵包覆氫燃料,再加熱到極高溫來達成核融合。

 

近年來一些民間企業也對其進行投資,目標是在2030年代提供核融合電力。到今年6月為止的一年間,民間部門的累積投資額達到49億美元。

 

 

小辭典/核融合(Nuclear Fusion)

根據美國能源部(DOE)官網上的解釋,核融合反應為太陽和其他恆星提供動力。在融合反應中,兩個輕原子核合併形成一個較重的原子核。這個過程釋放出能量,因為所得單核的總質量小於兩個原始核的質量,剩餘的質量變成了能量。假如科學家能研發出一種方法來利用核融合所產生的能量,可能是一種重要的能源生產方法。

 

從事融合能源應用的研究人員對氘-氚(DT)融合反應特別感興趣。氘-氚融合產生一個氦核(或α粒子)和高能中子。在此過程中釋放出比大多數融合反應遠遠更多的能量。

 

在未來潛在的融合發電廠中,DT反應產生的中子會產生能量供我們使用。研究人員專注於DT反應,因為它們會產生大量能量。(編譯林聰毅)

美國高溫


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