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終極能源核融合一篇看懂 取之不盡零碳排能量大廢料少

2022/12/13 13:17(12/14 09:23 更新)
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(中央社製圖)
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(中央社華盛頓12日綜合外電報導)美國能源部將於13日宣布目前研究中的核融合技術取得重大突破。核融合的原理因近似太陽,長久以來被人們視為具備潔淨、用不盡等特質的終極能源。

「華爾街日報」報導,美國預計美東時間13日上午10時(台北時間13日晚間11時)在華府的能源部本部宣布核融合技術進展。

負責研究的是勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL);實驗室發言人拒絕透露細節,稱實驗數據尚在分析。

● 原理等同太陽發光熱 美宣布技術突破

「金融時報」11日披露,勞倫斯利佛摩國家實驗室的科學家已從實驗性核融合

核融合小百科

  • 核融合反應為太陽和其他恆星提供動力。

  • 核融合是將兩顆輕的原子核結合,形成一顆較重的原子,並在過程中放出能量。若科學家能研發方法來利用核融合所產生的能量,這可能是一種重要的能源生產方式。

  • 研究人員對氘-氚 (DT) 融合反應特別感興趣,氘-氚融合產生氦核和中子,過程中釋放出比大多數融合反應還要多的能量。

    資料來源:美國能源部
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反應中達成「淨能量增益」。

實驗室的「國家點火設施」(National Ignition Facility)使用近200具雷射將氫原子加熱到超過攝氏1億度的高溫及超過地球大氣層1000億倍的壓力。在此極端條件下產生一種稱為等離子(或稱電漿)的狀態,在這種狀態下氫原子會融合進而釋放出巨大能量,這與太陽發光發熱的原理相同。

核融合因可望成為比化石燃料或現有核能所使用核分裂技術更潔淨、取之不盡的能源,早引起全球投資者和數十家公司的極大興趣。

圖為「國家點火設施」目標室。(勞倫斯利佛摩國家實驗室/Handout via 路透社)
圖為「國家點火設施」目標室。(勞倫斯利佛摩國家實驗室/Handout via 路透社)

● 能量更大且無汙染 遠勝現有核能技術

各國現有的核電廠均是透過核分裂產生能量,全球約10%電力來自核電,雖幾無碳排,但所生廢棄物的放射性恐千年都不會消失。反觀核融合既不產生會長久存在的廢棄物,也不會有化石燃料燃燒產生的二氧化碳和其他溫室氣體,且可用氫等常見元素透過原子融合,產生近乎無限的能量。

核融合產業協會(Fusion Industry Association)追蹤的投資情況顯示,近年已有超過50億美元資金注入各家民間的核融合相關企業。各家企業都在研究不同的核融合反應爐設計,大部分仍仰賴等離子狀態的核融合。

但核融合距離商業使用仍有很長一段路,最大障礙之一是至今仍無法實現所謂淨能量增益(net energy gain),即核融合輸出能量要大過用於加熱原子的雷射光束輸入能量。這也使美國這次的突破更加難得。

科普相關網站指出,核能發電的核分裂運用鈾元素分裂時的熱能製造能源,而核融合運用元素加總的力量,運用上億度高溫讓氫或重氫(氘、氚)等元素的原子核變成電漿狀態,使相斥的原子核互相依附在一起,相關技術也是核融合發電最難克服的技術之一,畢竟這等同於做出一顆太陽。

● 各國競研 首座核融合電廠最快十餘年後現身

包括美國、中國、歐盟、日本、南韓、巴西等國都致力研發核融合技術。哥倫比亞廣播公司新聞網(CBS News)指出,目前全球最大的核融合研究計畫是由35國政府集資約220億美元的「國際熱核實驗反應爐」(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER),也在攻關與美國同樣的課題。

白宮表示,目前全球30多家民間核融合企業有2/3在美國,大部分都成立於過去10年間,「藉由與這些民企的合作,我們有機會讓他們留在美國發展,進而鞏固美國在核融合技術的領先地位」。

中國核融合實驗的「人造太陽」項目今年也有所進展,據「環球時報」10月的報導,中核集團核工業西南物理研究院科研團隊在10月19日成功讓HL-2M等離子體電流突破100萬安培(1兆安),距離核融合點火更進一步。

「華盛頓郵報」報導,目前核融合領域的專家認為時間倒還次要,最主要癥結在於各國政府與民間財力能否加大資助研發力道,如果條件允許,第一座核融合發電的原型廠有可能在2030年代出現,屆時距離實現商用就為時不遠。(譯者:陳亦偉)1111213

勞倫斯利佛摩國家實驗室工作人員檢查「國家點火設施」。(Philip Saltonstall/勞倫斯利佛摩國家實驗室/Handout via 路透社)
勞倫斯利佛摩國家實驗室工作人員檢查「國家點火設施」。(Philip Saltonstall/勞倫斯利佛摩國家實驗室/Handout via 路透社)
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