仿星器核融合反應爐 W7-X 成功運轉!懸浮電漿持續十分之一秒

作者 | 發布日期 2015 年 12 月 18 日 14:43 | 分類 核能 , 精選 , 能源科技 follow us in feedly
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先前《科技新報》曾報導位於德國的全球最大核反應裝置文德爾施泰因 7-X(Wendelstein 7-X,W7-X),其為仿星器核融合裝置,若成功控制核融合反應,可望為世界帶來另一波能源革命。負責這項實驗性裝置的德國馬克斯普朗克研究中心(MPI)於 10 日宣佈,W7-X 已成功運轉,證明了懸浮電漿是可行的。



核融合是將兩個較輕的原子核結合,形成一個較重的原子核及一個很輕的原子核(或粒子)的核反應形式,要進行核融合反應,必須先提高物質的溫度至華氏 1 億度來加熱電漿,並利用強大的磁場來控制與封閉電漿。

若要產生能量,極高的溫度絕對是必須的。舉例來說,太陽的中心溫度可達攝氏 1,500 萬度,在這個溫度下,透過「量子穿隧效應」的協助,最輕的元素、氫與氦原子能量受到激發,達到夠高的「燃燒溫度」,便會開始碰撞、熔合,釋放出能量及產生較重的元素,而在這種溫度下,電漿(plasma)便形成了。

仿星器因模擬恆星內部持續不斷地核融合反應而得名,該技術以磁場約束核融合電漿,穩定運行提供動力,而在仿星器的運作模式下,最重要的關鍵便是控制與封閉電漿,才能讓核融合反應持續發生,因此電漿不能接觸到核反應爐的冰冷管壁,必須由強大的磁場來控制與封閉,使其懸浮在真空中。

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(圖片來源:截圖自 Science Magazine YouTube 影片)

全長約 16 公尺的 W7-X 為實驗性仿星器核融合反應爐, 由 MPI 於 1993 年動工興建,直至 2014 年 5 月才興建完成,造價高達 10 億歐元(約 11 億美元),裝置內含的超導磁體超過 425 公噸。研究單位在過去一整年,對 W7-X 進行一連串嚴格的測試,好讓 W7-X 能在安全範圍內維持良好運作。

德國馬克斯普朗克研究中心(MPI)於 10 日宣佈,成功運轉這座核融合裝置 W7-X。科學家將 1 毫克氦氣樣品放入反應爐中,並利用 1.8 百萬瓦(MW)的雷射脈衝將其加熱至攝氏 100 萬度,瞬間閃過的氦電漿持續了十分之一秒。MPI 電漿物理研究所科學家 Hans-Stephan Bosch 對這次測試結果「非常滿意」,並表示,「一切按計畫順利進行」。

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▲持續十分之一秒的氦電漿。(圖片來源:MPI

雖說持續的氫電漿為最終目標,但 MPI 團隊這次使用的是氦氣。項目負責人 Thomas Klinger 教授解釋,「氦氣較容易達到電漿態」,不過,「我們不會改變原先的測試目標,接下來幾週會先完成氦氣測試,明年則開始專注於氫電漿」,W7-X 研究團隊希望其最終能提供持續與穩定的便宜潔淨能源。

 

(首圖來源:維基百科

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