中國核融合電漿溫度抵達攝氏 1 億度,創下世界新紀錄

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 19 日 8:45 | 分類 核能 , 能源科技 follow us in feedly

核融合是個時不時出現在電影或是歌曲、備受期待的未來能源技術,各國目前正如火如荼開發該技術,希望可把未來能源變成「現在式」,就好比最近中國成功將其先進實驗超導托卡馬克實驗裝置(EAST)電漿核心溫度加熱至攝氏 1 億度,可說是太陽核心溫度的 6 倍,成功為全球核融合發展寫下新的一頁。



若要在實驗室中創造一座能量可與恆星比擬的反應爐,科學家認為一定得先將電漿溫度加熱至跟太陽一樣,再將氫的兩種同位素──氘與氚原子置於高溫與高壓下,其引起的聚合反應會產生中子、氦與大量能量,若可將這些能量用於發電廠,未來各國就再也不用擔心缺電與二氧化碳排放問題。

而此次中國合肥物質科學研究院成功運用 4 種加熱系統,將 EAST 反應爐核心溫度加熱至攝氏 1 億度 10 秒,加熱功率為 10MW、電漿儲能則增加到 300 千焦耳。其中 EAST 採用低混成波加熱(振盪電漿中的離子與電子)、電子迴旋共振加熱(運用靜態磁場與高頻率電磁場)、離子迴旋加速器共振加熱、中性離子束加熱(把一束中性粒子注入電漿)等技術,成功讓核融合反應爐達成突破性的溫度和密度,成功引起原子聚合反應。

不過核融合困難的要點不單單只是加熱,如何維持電漿穩定性和平衡、約束和傳遞電漿、電漿要如何跟高能量粒子相互作用等,這些都是核融合開發中的關卡。因此 EAST 不僅運用射頻來加熱,保持高水準、高純度的電漿局限以維持磁流體動力學的穩定性,還利用水冷卻鎢偏濾器排出多餘的熱量。

雖說核融合反應爐不會像如今的核分裂發電廠發生爐心熔毀與核輻射外洩等慘劇,若反應爐中的電漿失控發生電漿破裂,電漿會膨脹冷卻,反應爐會立即停止運作,並不會變成一顆超級炸彈,但電漿失控時,反應爐會快速釋放能量並破壞內部裝置,使內壁蒸發或是熔化,失控的高能量電子束也會導致設備局部受損,科學家得再花一大筆錢維修,因此穩定電漿運作與反應爐散熱機制為核融合科學家的大難題。

中國近年來發展核融合不遺餘力,EAST 是中國第四代核融合裝置,也是全球第一個全超導磁體托卡馬克核融合反應爐,於 2006 年完工,高約 11 公尺、直徑 8 公尺、重達 400 噸,中國則在 2016 年將 EAST 氫氣加熱到近 5,000 萬度,所產生的氫電漿維持長達 102 秒,2017 年則達成 101.2 秒穩態電漿局限,更在今年將電漿溫度提升到 1 億度。

雖然目前核融合裝置運行所耗能源仍大於生產能源,但核融合發展潛力相當大,像是該技術的燃料非常容易取得,其中氘是氫的同位素、可以從海水中提取,氚也可以從中子撞擊鋰來獲得,且核融合也不會帶來放射性污染、碳排放等問題,因此各國正孜孜不倦地努力實現這項科幻夢想。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:中國科學院合肥物質科學研究院

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