比氘氚核融合還要更乾淨,科學家稱找到「氫硼融合」

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 18 日 13:14 | 分類 核能 , 能源科技 follow us in feedly

目前,世上主流的核融合是取氫的兩種同位素氘、氚做為燃料,於實驗反應爐中以高強度磁場約束住電漿,以將物質不斷加熱到上億度促成核融合反應。但最近有科學家提出另一種替代方案,是以高強度的雙雷射光束驅動「氫硼融合」,不只完全不會產生放射性廢料,可能還有機會比氘氚融合更早實現商業化反應爐的建設。



科學家努力研究如何在地球上控制核融合已逾半個世紀,目前主要找到幾種可控制核融合的方法為「雷射約束(慣性約束)核融合」和「磁約束核融合(托卡馬克)」。

▲ 美國國家點燃實驗設施(NIF)的大型雷射約束核融合研究裝置。(Source:新南威爾斯大學

世上最大的實驗性托卡馬克反應爐目前正在建設中,為國際熱核融合實驗反應爐(ITER),位於法國南部,利用原料可直接取自海水的氫同位素「氘」來進行核融合。在托卡馬克環形腔中,物質被高強度磁場不斷加熱到上億度(太陽核心溫度的 10 倍)以達核融合目的。

這是目前看來最可行的核融合方法,只不過現階段許多托卡馬克裝置產生核融合反應後,極短時間內就要關停,以免機組因高溫毀損,所以實驗性托卡馬克裝置只有研究價值,無實用性,是否能商轉的關鍵在於托卡馬克內壁材質的高溫承受能力。

有別於依靠強電磁場將燃料加熱到太陽溫度,由澳洲新南威爾斯大學物理學家 Heinrich Hora 領導的一個國際研究小組現在提出,利用兩束快速爆發的強大雷射已經可以實現「氫硼融合(hydrogen-boron fusion)」,有別於燃煤或核能最後是透過加熱液體來驅動蒸氣渦輪機發電,由氫硼混合物產生的能量會直接轉化為電能。

▲ 氫硼融合反應示意圖。

此外,氫硼融合不會產生中子,這意味著反應不是放射性的,不會產生任何放射性廢料。

不過氫硼融合有一個巨大障礙擺在眼前──它需要高達太陽核心 200 倍的溫度,接近 30 億 ℃。Heinrich Hora 聲稱,這個障礙隨著雷射技術的進步將不再是問題,經過一系列實驗表明,拍瓦級(petawatt-scale)的高強度雷射脈衝可在 10-12 秒內產生千兆瓦的功率,以精確的非線性力將原子核壓縮在一起,引發「雪崩式」融合反應。

雖然這種技術只在實驗和模擬中得到證實,但研究小組權衡後認為,氫硼反應完全是可行的核融合手段,而且比氘氚融合更接近最終成果,只要科學家找到利用「雪崩」的方法,氫硼融合的時代就會降臨。

這份研究發表在《Laser and Particle Beams》期刊,而 Heinrich Hora 更已為系統申請新專利、創辦「HB11 Energy」能源公司準備讓技術發揚光大。該公司表示,如果未來幾年的研究沒有遇上重大工程障礙,他們將可在 10 年內建立一個原型反應爐。

(首圖來源:新南威爾斯大學

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