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jiunn36 發表於 2019-1-22 01:21 AM

2030年能實現核融合發電

     
  科學家一直夢想用核融合技術為人類提供便宜又乾淨的電力﹐儘管這個科技一直是個遙遠的夢。專家大多推測約「50年後」才有機會實現這個夢想。不過現在﹐核能物理學家變得越來越有信心了﹐有人甚至認為最快2030年就能實現核融合發電。
  核融合反應主要發生在太陽等恆星之中。當以極強大的力量將氫原子撞在一起時﹐其原子核克服排斥力而融合在一起﹐產生出將氫原子轉化為氦原子的反應﹐並在過程中釋放出巨大能量。為了在核融合反應爐產生同樣的效果﹐離子化氣體﹐也就是所謂的電漿﹐必須經由超強磁場等人造力量進行加熱及壓縮。只要電漿能在足夠長時間下維持高溫﹐就可以觸發大量核融合反應並形成加成效果﹐也就是不斷釋放的能量會讓電漿持續維持高溫﹐促使反應持續進行﹐同時也會將能量轉化成電力使用。
  核融合除了能夠提供大量乾淨的電力之外﹐也不會製造溫室氣體或空氣汙染﹔不像太陽能或風力發電﹐它可以持續不斷運作﹔不像今日的核能廠﹐其所產生的廢物能夠輕易被處理。而且核融合燃料是無窮無盡的﹐其中一個需要的原料就是大量的水﹐而只要一小克的氫燃料就足以提供10噸煤所能提供的能量。
  然而至今﹐核融合所面臨的難題仍是能進行反應的反應爐。1950年代起﹐科學家就使用一種叫做托卡馬克(tokamak﹐又稱環磁機)的環狀機器﹐藉由磁場來累積核融合反應的電漿環境。但過去從未有人將高熱又夠稠密的電漿進行持續的反應﹐光是消耗的能量就遠比獲得的能量還來的多。
  為了建造能長時間持續的反應爐﹐位於法國由35個國家協力合作的國際熱核融合實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor﹐ITER)正努力研究。然而﹐為了達到足以發電的程度﹐ITER採行的方法為建造一個約60座足球場大小的反應爐。但這對一個要提供世界上數萬人使用的電廠而言﹐並非經濟上可行的做法。
  為了讓核融合反應爐變小且成本降低﹐有些科學家認為要捨棄原本的托卡馬克及其環狀線圈磁場﹐並重新設計反應爐﹐例如以雷射來撞擊電漿﹐或使用類似粒子加速器的儀器來壓縮電漿。不過﹐已經專研核融合領域多年的麻省理工學院(MIT)核子科學與工程學系教授丹尼斯·懷特(Dennis Whyte)認為﹐應該要重新設計托卡馬克﹐使其模組化並更便宜﹐同時引進嶄新的材料來誘發並限住核融合反應。
  要如何避免托卡馬克過於龐大又不過度昂貴呢﹖例如﹐雖然反應爐內的電漿溫度高達幾百萬度﹐但用來壓縮電漿的磁鐵必須保持在負200度以下﹐否則磁鐵的表現會因為電阻的累積而降低。懷特教授想到利用一種超導體的膠帶﹐這種超導體膠帶的超導溫度比其他超導體來得高﹕也就是說﹐就算在稍微高溫的情況下也能夠避免電阻的累積﹐而因為花費較少的能量在冷卻上﹐可以稍微降低托卡馬克的運作成本。
  此外﹐懷特教授的團隊也發現﹐當他們把超導膠帶纏繞於托卡馬克的銅線圈上時﹐能夠加倍他們施加於電漿上的磁場強度﹐減少電漿外洩及過度冷卻的情形。最好的是﹐以這種膠帶取代一般硬性的超導體能讓反應爐大小縮小到原本的 10倍。此外﹐若將這種半導膠帶以具有連接點形式分段使用﹐則反應爐上的磁鐵可以在需要維修或更新時輕易且快速的附著與取下﹐如此當裝置上某個零件損壞時﹐就不必整個替換。
  當然﹐需要解決的問題還不只這些。例如﹐電漿產生的中性粒子中子(neutron)在長時間之下會不斷撞擊托卡馬克的內壁﹐改變內壁的原子結構﹐進而造成其衰退﹐這對必須長久運作的電廠不是一個好消息。另外﹐不斷撞擊的中子也會讓金屬產生輻射性。懷特教授正致力於找出或改進原本的解決方法。
  核融合的許多挑戰除了來自逐漸增加的工程難題﹐另一方面就是財務面。幸好﹐越來越多億萬富翁投入大筆資金加入核融合發展競賽。例如﹐懷特教授團隊的合作夥伴Commonwealth Fusion Systems﹐就獲得義大利石油製造商的投資﹐並從比爾·蓋茲(Bill Gates)﹑傑夫·貝佐斯(Jeff Bezos)等企業巨擘資助的基金會獲得至少7500萬美元(約台幣23.2億或港幣5.9億)的資金援助。Commonwealth Fusion Systems預計在2025年展示核融合的成果。
  除此之外﹐目前至少有10間新創公司正試圖研發核融合的新方法。包括貝佐斯資助的General Fusion﹐該公司希望能在2022年發展出反應爐的原型﹐並開始測試﹕英國公司「托卡馬克能源」(Tokamak Energy)也希望能在2030年啟用核融合電力。
  這些新創公司都表示核融合不再只是科學實驗﹐而是已進入工程階段的產品。General Fusion執行長克里斯多夫·莫瑞(Christofer Mowry)就樂觀表示﹕「我百分之百堅信核融合技術將發生。我們有可能在2030年前建造出商用核融合發電廠嗎﹖或許有可能﹐但絕對不會是50年之後。」。


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zxcv3316822 發表於 2019-2-2 11:14 PM

核融合危險啊,希望不要是藉著發電當理由來發展武器,話說核廢料的半衰期都很長,很安全的阿。

Angrybird124 發表於 2019-1-29 11:34 PM

石油商(利益集團):怎麼好像每一個人都當我們死了?
之後就會有以開採氚的產業出現了……

wwchan 發表於 2019-1-28 09:04 AM

這是人類的偉大發明,沒有核污染,且能發出更大的能源。假若它成功,人類以後無須擔心能源短缺。

sano312 發表於 2019-1-25 05:21 PM

我是沒那麼樂觀
核融合本身的維持時間依然是個問題
現有的材料都難耐核融合時的高溫,更別說提取出熱能發電
很可能這世紀內還是沒辦法達到<br><br><br><br><br><div></div>

NinaZRdl 發表於 2019-1-24 09:58 AM

凡是說『能』而非『能嗎』的預言都可以當笑話看。你不是特斯拉,你不是天才,你的預言能有多準?
上個世紀還有人以為21世紀我們會有飛天車到處飛、自動送出飲料的餐廳吧台、十萬馬力有人類小孩水準的AI的機器人呢。現在只有視訊通話和可以自己系鞋帶的運動鞋成真了嘛

demon3412 發表於 2019-1-23 02:00 PM

希望能快點實現核融合的發電方式,但也要考慮所使用的材料,希望是像太陽。
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