獲 Google、比爾蓋茲投資的核融合反應爐開始建設,「能源自由」何時來?

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 29 日 8:00 | 分類 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


「人造太陽」指的是核融合反應裝置,核融合是由質量較小的原子,如氫同位素氘、氚,極高溫下使兩個原子核相互碰撞融合,生成更重的原子核,通常是氦的同位素。反應過程產生巨大能量,與太陽等恆星內部反應相同,故核融合反應裝置稱為「人造太陽」。

目前核能利用幾乎都是核分裂,想要穩定的核能,核融合更值得嘗試。不久前比爾蓋茲、Google 和許多私募股權公司等投資的核融合公司 Commonwealth Fusion Systems(CFS),開始著手建設約 47 英畝的核融合反應爐。

雖然目前對此反應爐裝置設計及具體方案沒有太多詳細資訊,但表明人們利用核融合又邁進一步。人類歷史發展總離不開能源變化,過去幾世紀,我們從地殼取得化石燃料,產生電,之後文明迅速發展。

但化石燃料等非可再生能源也帶來滾滾濃煙和許多環境問題,就連不可再生造成的能源短缺也成了問題。想解決問題,讓人類繼續與地球共存,尋找新能源迫在眉睫。太陽能及風能、水能、生物能等這些可再生的清潔能源,污染程度小且本身可以再生,但又受自然條件限制,故利用率有待提高。

比起這些能源,不少人更青睞核能:核能發電污染小且能量密度高,利用效率也更高,不少國家有核電廠,但幾乎都是利用核分裂發電。反應爐的放射性物質與發電時過多廢熱與熱污染該如何處理,至今幾起核電廠事故也足以說明這是不可忽視的問題。

探索新能源的路上,人們把希望投向效果更好的核融合。與核分裂相比,同樣放出巨大能量,且核融合能量是核分裂數倍多。其次核融合產生的廢料更好處理。核融合原料(通常是氫的同位素氘、氚)海水含量豐富,且可經加工鋰基材料取得。

核融合利用效果雖好,但想可控制發電,需達成幾個難度極高的條件:反應爐核心溫度達至少 1.5 億 °C;參與反應的等離子體要有足夠密度;融合反應要維持夠長時間。從 1950 年代開始,科學家就開始研究達成這些條件的反應裝置。

目前可行性較大的可控核融合反應裝置是超導托克馬克,利用磁場控制核融合的環形容器,如國際熱核融合實驗反應爐(ITER)就是這種裝置,2020 年正式進入最後安裝階段。比爾蓋茲、Google 等投資的 CFS 公司研究的 SPARC 裝置也是基於托卡馬克設計。

(Source:ITER

中國科學院合肥物質科學研究院的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(簡稱 EAST),2021 年 5 月 28 日也創造世界紀錄,可以 1.2 億 °C 維持 101 秒和 1.6 億 °C 維持 20 秒等離子體運行。

人類雖非常想發展核融合技術,但困難重重,全世界許多科學家都在努力,如果成功做到,從某種程度來說,人類就有取之不盡用之不竭的能源,到那時,眾多科幻小說電影描述的「技術大爆炸」,人類開始探索宇宙深處,或許不再是幻想。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Commonwealth Fusion Systems

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