為夢寐以求新能源做準備,科學家開始測試核融合燃料

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 26 日 18:00 | 分類 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


從 2020 年 12 月開始,位於英國的歐洲聯合環狀反應爐(JET)展開一系列的混合燃料測試計畫,開始用氘(Deuterium,2H,音同刀)與氚(Tritium,3H,音同穿)兩種氫的同位素進行混合燃料測試,而這也是國際核融合反應爐(ITER)將會採用的燃料。

其中 ITER 是 JET 的進階版,就算 JET 與 ITER 相同,都是外觀很像甜甜圈的托卡馬克核融合系統,但 JET 的規模只有 220 億美元的 ITER 的十分之一,ITER 在去年 7 月開始組裝,計劃在 2025 年前開始進行低功率氫電漿測試,2035 年起測試氘氚 50:50 混合燃料。

為了要在地球上複製太陽能量、實現眾人夢寐以求的科幻能源,核融合反應爐必須要加熱並限制氘和氚電漿,讓兩個帶正電的離子在攝氏 1 億 5 千萬度以上的高溫高壓中相互碰撞並結合,不間斷地產生高能量的氦原子核與中子。

不過 JET 的目標還沒有那麼遠大,希望維持至少 5 秒鐘的核融合反應就好,此次研究只是在收集氘-氚核融合所需的任何資料與細節,準備為 ITER 這類更大的核融合系統找到合適的燃料組合。

不過光是驗證與測試就夠難了,物以稀為貴,大部分的氚從鋰金屬提煉,氚也是種放射性物質(好在半衰期只有 12 年),重氫衰減速度快,核融合產生的高能中子撞擊反應爐材料時也會帶有一定的輻射廢棄物,氘氚融合產生的中子撞擊力道也比氘反應來得強烈與快速。

過去研究人員已將花了兩年時間重新組裝進行防護設施,保護核融合設備不受輻射影響並減少撞擊損傷,為來更考量到安全,至少會有 18 個月不能踏入空腔內。JET 科學計劃共同負責人 Joelle Mailloux 表示,現在終於可以實踐多年來的研究成果,我們已經準備好了,現階段要做的事情便是驗證過去所理解物理知識,之後就能更進一步來應用在 ITER。

有鑑於研究前期付出多倍精神與努力、成本又高昂,面對這些挑戰 JET 也希望可以一擊即中。就目前而言,核融合雖然是科學家們朝思暮想的穩定低碳、低輻射新興能源技術,但仍難以捉摸,且需要付出龐大金錢與研究,從半世紀前發現至今,商業化的核融合設備都未實現,不過一旦成功,便是全新的能源供應時代。

(首圖來源:英國原子能管理局卡勒姆核融合中心 CCFE