這個有如甜甜圈的巨大機器是人類危機解方嗎?英國實驗室創下「核融合」新紀錄,輸出59兆焦耳能量!

2022-02-11 08:18
2018年10月18日,英國威廉王子(左二)在英國原子能管理局執行長查普曼(左)陪同下,造訪牛津郡的卡勒姆核融合中心(美聯社)
2018年10月18日,英國威廉王子(左二)在英國原子能管理局執行長查普曼(左)陪同下,造訪牛津郡的卡勒姆核融合中心(美聯社)

全球暖化日益嚴重,氣候危機迫在眉睫,全球科學家都在努力尋找近乎無限的零碳清潔能源。英國原子能管理局9日宣布,英國卡勒姆核融合中心的巨大機器「托卡馬克」能在5秒內產生59兆焦耳且持續的核融合能量,比先前的紀錄多了不只一倍,創下里程碑紀錄。專家表示,這個結果證明核融合產生清潔能源是可能做到的事,而不再是解決氣候危機的白日夢。

4800名歐洲的專家、學生、工作人員組成的歐洲融合能源發展聯盟(EUROfusion)與英國原子能管理局(UK Atomic Energy Authority)合作,在英國牛津郡(Oxfordshire)卡勒姆核融合中心(Culham Centre for Fusion Energy)合作核融合計畫,歐盟執委會(European Commission)也提供了資金。

去年12月21日,卡勒姆核融合中心(Culham Centre for Fusion Energy)的歐洲聯合環狀反應爐(JET)可在5秒內產生59兆焦耳且持續的能量,創下紀錄,而5秒是機器的磁鐵過熱之前可以維持功率的極限。1997年,該反應爐曾產生21.7兆焦耳的能量。

核融合的過程可達攝氏1.5億度,這是太陽中心溫度的10倍,必須透過用強力的磁場約束超高溫的電漿,而這種甜甜圈狀的巨大環形機器被稱為托卡馬克(tokamak),歐洲聯合環狀反應爐是全球最大可運作的托卡馬克裝置。

歐洲融合能源發展聯盟計畫負責人唐恩(Tony Donné)表示:「我們的實驗首次表明,使用與未來核融合發電廠完全相同的燃料混合物來執行持續的核融合過程是可能的事……如果我們可以維持核融合5秒,那麼我們可以在未來機器擴大操作規模,維持(核融合)5分鐘,接著是5小時。對於我們每個人與整個核融合團體來說,這是重大時刻。」

歐洲聯合環狀反應爐的實驗使用氫的同位素氘(deuterium)與氚(tritium)為核融合提供燃料,這些元素可能用於商業規模的核融合,而且可以在海水中找到這些元素。

英國劍橋大學(University of Cambridge)工程學系的講師羅斯通(Tony Roulstone)向美國有線電視新聞網(CNN)表示,歐洲聯合環狀反應爐在5秒內產生的核融合能量可以為一間房子提供一天的能源,「但如果反覆產生能量,它可以為成千上萬間的房屋供電」。

英國原子能管理局執行長查普曼(Ian Chapman)表示:「這些具有里程碑意義的成果帶我們邁出一大步,讓我們更接近克服其中一項最大的科學挑戰及工程挑戰。」一些未參與該計畫的科學家認為這是重大成果,但距離實現商業核融合發電還有很長的路要走。

法國南部國際熱核融合實驗反應爐(ITER)正在興建,由美國、中國、歐盟、印度、日本、南韓、俄羅斯資助。它比歐洲聯合環狀反應爐還大且更先進,最快可能於2025年開始電漿實驗。歐洲聯合環狀反應爐的實驗結果對國際熱核融合實驗反應爐至關重要。

目前人們使用的核能是核分裂反應產生的能源,這個過程產生的核廢料具有的放射性可維持數萬年。然而,如果發生意外,這種發電方式具有潛在危險,例如東日本2011年大地震與海嘯導致福島第一核電廠發生故障,廠內多個反應爐爐心熔毀,並發生氫爆,造成輻射外洩。

核融合的過程是將兩個或多個原子融合成一個更大的原子,這個過程釋放出巨大的熱能,這種過程安全許多,產生的核廢料很少,而且僅需少量的天然燃料,包括從海水中提取的元素。目前全世界正努力從化石能源轉型到低碳能源,這讓核融合發電成為具有吸引力的選擇。

 

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