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核融合重大突破 無盡能源發展邁出關鍵一步

  • 時間:2022-12-26 22:00
  • 新聞引據:採訪、路透社、BBC,CNN
  • 撰稿編輯:鄭景懋
核融合重大突破 無盡能源發展邁出關鍵一步
美國加州勞倫斯利佛摩國家實驗室近日在核融合研究取得重大里程碑。(推特)

美國科學家已經證實,他們在一項核融合(nuclear fusion)實驗中取得了重大進展,在這項無盡能源的發展上邁出了關鍵的一步。

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)的科學家日前在一項核融合的實驗中取得重大突破,首次證明了核融合產出的能量,大於引發反應所使用的能量。這項重大的里程碑,將可能有助未來潔淨能源的發展。

歷時數十年研究 核融合發展取得突破

核融合是太陽和其他恆星產生能量的來源,其原理是當兩個原子的原子核在極端高溫下發生碰撞時,會產生巨大的能量。與現今核電廠使用的核分裂uclear fission)技術不同,核融合只會產生少量放射性物質,而且也不會排放導致全球暖化的溫室氣體。

儘管世界各地的科學家已經研究核融合長達數十年,希望證明核融合可以成為一種環保、而且幾乎取之不盡的能源來源。但相關實驗一直無法達到一個重要的門檻,也就是如何讓核融合產生出的能量,大於激發核融合反應所需的能量。

為了達成這個目標,美國勞倫斯利佛摩國家實驗室「國家點火設施」(National Ignition Facility, NIF)的科學家,進行了一項斥資35億美元的實驗。

他們朝一個如胡椒粒大小般的圓柱腔體,發射了192束的雷射光,這些雷射光能夠將這個腔體加熱至攝氏1億度,比太陽中心還要熱,並讓腔體壓力達到地球大氣層的1,000億倍以上。

這個極度高溫高壓的環境,使得腔體裡的「氘」(Deuterium)元素與「氚」(Tritium)元素發生內爆,產生核融合反應,進而產生出能量。

雖然在此實驗中所產生能量很小,只足夠讓幾壺水沸騰,但它的意義重大。

美國能源部國家核子安全局副局長亞當斯(Marvin Adams)發表這項實驗的重大突破時表示,實驗室的雷射光向目標輸入了2.05兆焦耳 (MJ)的能量,然後產生了3.15兆焦耳的融合能輸出。

核融合達成「淨能量增益」

這是科學家首次在核融合實驗中,成功取得了「淨能量增益」(net energy gain),而不像過去的實驗只能達到輸出與輸入的能量相抵。

幫助企業減少碳排的初創公司Carbon Direct首席科學家佛萊德曼(Julio Friedmann)告訴美國有線電視新聞網(CNN):「這非常的重要,因為從能源的角度來看,如果你輸出的能量不大於輸入的能量,它就不能成為一項能源來源」,「先前的突破很重要,但這與有朝一日可以產生供大規模使用的能源不同。」

35億美元燒開20壺水  商用價值仍挑戰重重  

雖然這項重大突破,讓人們看到核融合發電的巨大潛力。但距離讓核融合成為人類生活用電的來源,甚至在應對氣候變遷危機上做出貢獻,還言之過早。

首先,這次實驗只能算是科學上的重大突破,但並未達成工程上的能量輸出與輸入相抵,因為這次實驗並未計入要讓雷射運作所需的能量。此實驗所使用的低效雷射,需要大約300兆焦耳的能量,才能發射出2兆焦耳的雷射光。這次核融合反應只產生大約3兆焦耳的能量。

另一方面,這次的實驗耗資35億美元,但生產出的能量只能煮滾15到20壺的水。所以,科學家們必須思考如何讓核融合創造出更大的能量,並且能夠長期穩定地輸出,同時,他們也必須找到壓低核融合生產成本的方式,讓它未來能夠運用到商業上。

核融合具發展潛力 短期難解氣候危機

由於可能還需要數十年的時間,才能跨越各種的技術門檻,核融合恐怕無法立即成為氣候危機的解方。所以,許多科學家和環保人士仍建議,各國應該繼續積極投入風力、太陽能、能源儲存、新一代的核分裂電廠,以及其他能減少對化石燃料依賴的替代能源。

Carbon Direct公司首席科學家佛萊德曼表示:「這(核融合)不會對未來20-30年的氣候緩解,做出有意義的貢獻」,「這裡的區別就像是點燃一根火柴,和打造一具燃氣渦輪機相比一樣」。

不過,勞倫斯利佛摩國家實驗室主任布迪爾(Kim Budil)雖然承認核融合的發展仍有許多重大困難,但目前取得的突破,已經比科學家原先預期的50到60年來得快了。

布迪爾認為:「通過共同努力和投資,對這個潛在科技的幾十年研究,將可讓我們能夠建造出一座發電廠來」。

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