德國 W7-X 仿星器寫新頁,成功產生 100 秒以上、能量破兆的電漿

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 29 日 8:30 | 分類 核能 , 能源科技 follow us in feedly

隨著不斷更新設備與改善性能,德國核融合仿星器反應爐文德爾施泰因 7-X(W7-X)再次突破世界紀錄,除了產生 100 秒以上、能量高達 1 兆焦耳的電漿,更將核心溫度提升到 2,000 萬℃,成功縮短仿星器核融合與商業化門檻的距離。



有別於傳統核電廠的核分裂技術,新型技術核融合是藉由將氘與氚原子置於高溫或高壓下,引起的聚合反應會產生中子、氦與大量能量,假如科學家成功透過這些能量生產電力,未來人們或許就不愁無電可用。

仿星器為核融合技術之一,雖然美國普林斯頓大學早在 1951 年就已提出相關概念,但由於運算過於複雜而沒人想研發,直到超級電腦問世,才有許多科學家與廠商著手投入,因模擬恆星內部持續不斷的核融合反應而得名,關鍵要點在於控制與封閉電漿,因此科學家為了不讓電漿與反應爐腔室接觸,便運用超導磁體把電漿懸浮在真空中。

德國 W7-X 是世界最大、最複雜的仿星器設備,德國馬克斯普朗克研究中心(MPI)自 1993 年開始興建 W7-X,經歷技術、供應商破產等種種挑戰後,終於在 2014 年完工。設備全長 16 公尺,內含 50 個長達 3.5 公尺、超過 425 公噸的超導磁體,目前科學家仍不斷更新反應爐設備。

近期 W7-X 完成整修再度開始實驗,結果也相當符合科學家的期待,新材料與設備讓電漿放電可維持 100 秒以上,成功為仿星器反應爐紀錄寫下新頁。且電漿密度更高達每立方公尺 2×1020 ,能量也首次超過 1 兆焦耳,電漿溫度更超越太陽核心的 1,500 萬℃、提升到 2,000 萬℃,有望滿足未來發電需求。

德國聯邦研究部長 Anja Karliczek 表示,W7-X 團隊已創下新世界紀錄,並在核融合發電廠取得重要的進展,讓核融合也有機會加入未來的能源行列。

▲ W7-X 反應爐電漿能量已達 1 兆焦耳。 

至今科學家仍不斷替換 W7-X 設備以提升性能,像是 MPI 先前在仿星器內壁鋪上逾 8,000 片石墨磚與 10 個偏濾器,前者可提高反應爐溫度和延長電漿放電,偏濾器則能過濾並排除從電漿離開的熱量與雜質粒子,進一步提升加熱與量測能量(measurement capabilities)功能,而再經過 3 個月的新設備測試後,2017 年底又開始新一輪設備升級。

W7-X 目前也開始汰換材料,為了減少反應爐腔室負荷與再次提升電漿溫度,偏濾器材料將會大改造,由原本的石墨磚變成水冷加強碳碳複合材料,預計可使電漿放電持續 30 分鐘,並希望可藉由逐步更新設備與性能、證明仿星器可實際用於發電廠。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;圖片來源:MPI

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