人造太陽核融合 美實驗室重大突破

2013-10-08 10:58
英國廣播公司報導,核融合實驗釋放的能量,已超過燃料的吸收量(取自網路)
英國廣播公司報導,核融合實驗釋放的能量,已超過燃料的吸收量(取自網路)

英國廣播公司(BBC)8日報導,研究核融合技術的美國國家點燃實驗設施(NIF),9月底跨越重大技術里程碑:核融合實驗釋放的能量,已超過燃料的吸收量,這項突破乃世界首例。自給自足的「人造太陽」核融合反應爐構想,朝實用化目標前進一大步。

目前核融合研究的兩大主流為「慣性約束核融合」(ICF)與「磁控電漿核融合」(MCF),前者以雷射誘發升溫進而產生核融合反應,NIF的研究便屬於此類,擁有全球規模最大、能量最強的雷射系統,號稱「人造太陽」,能夠模擬太陽等恆星內部的物理反應。

科學家透過192個巨型發射器,同時發射192道雷射脈衝,集中於不及胡椒粒大小的腔體(hohlraum),瞬間竄升的高溫高壓,威力足以融合腔體內的氫同位素,釋放相當於小型氫彈的龐大能量。不到1億分之1秒的雷射能量,就可產生500兆瓦的電力。

長久以來,類似實驗的雷射輸入能量,往往大於核融合反應釋出能量,生成效率不足以作為發電使用。核融合反應必須達到科學家所說的「起燃」(ignition)標準──反應釋出的能量大於觸發反應所需的能量(包括系統消耗的能量),亦即核融合反應釋出的能量,必須大於雷射所注入的能量,核融合才能運用於發電。

上述起燃標準看似簡單明瞭,科學家努力了60多年仍無法突破,直到NIF宣布其研究成果,實驗室核融合釋出的能量,相當接近計算出來的預估值,對於核融合的推動也帶來莫大鼓舞。

位於美國加州勞倫斯利福摩國家實驗室(LLNL)的NIF, 2009年完成雷射系統的設置後,原先打算在2012年10月前,證明核融合產生的能量淨值大於零。然而,4年來科學家遭遇的重重技術難題,反應爐釋出的能量,始終低於數學模式的估值。

其他從事核融合研究的大型機構,還有國際熱核實驗反應爐計畫(ITER)耗資140億美元(約新台幣4110億元)正在興建的法國卡達拉須(Cadarache)建實驗性環磁機反應爐。英國、法國、俄國、日本、中國等國家,也都有設立實驗型核融合爐的計畫。

其中ITER選擇MCF模式,以超導磁鐵將氫同位素聚集在一起,加熱到攝氏1.5億度,將電漿聚集數十甚至數百秒,持續產生能量,也應該可以產生巨大的淨能量效益。

影片:美國國家點燃設施以192道雷射光束集中於放置固態氫同位素的微小腔體上。

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