美國核融合研究重大突破:取之不盡零碳排終極能源,但蓋發電廠還得再等等

美國核融合研究重大突破:取之不盡零碳排終極能源,但蓋發電廠還得再等等
圖為國家點火設施的前置放大器。Photo Credit: 勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)網頁

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美國能源部於13日宣布目前研究中的核融合技術取得重大突破。核融合的原理因近似太陽,長久以來被人們視為具備潔淨、用不盡等特質的終極能源。如同核分裂,核融合操作過程不會產生碳,又比核分裂多出更多優勢,例如沒有核災風險,而且產生的輻射廢料少得多。然而核融合要達到產業規模,還有很長遠的路要走。

美國宣布核融合研究取得重大突破,達成能量淨增益

(中央社)美國能源部昨(13)日宣布,美國科學家已經在核融合研究方面取得締造歷史的「重大科學突破」,首度在核融合反應達成產出的能量遠高於引發反應所使用能量,將有助發展潔淨能源。

美國《有線電視新聞網》(CNN)報導,數十年來人類不斷嘗試要透過核融合方式取得用之不竭的乾淨能源,能夠達成「能量淨增益」(net energy gain),即產出的能量高於引發反應所使用的能量,是項重大的里程碑。

勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)的科學家最近在一次核融合反應中,產出約3.15百萬焦耳(MJ)的能量,約是雷射所用能量2.05百萬焦耳的150%。這是首度在實驗中達成重大的能量淨增益。

美國能源部長葛蘭何(Jennifer Granholm)與實驗室研究人員一起出席記者會,宣布這項突破性進展。她發布聲明說:「國家點火設施(National Ignition Facility)的研究人員和員工奉獻他們的生涯,希望見到核融合點火成為事實,這是項劃時代的成果,而這項里程碑無疑將促成更多的發現。」

官員表示,這項成就將有助國防和未來發展淨潔電力的進展。

美國能源部長葛蘭何:

科學家數十年來一直在發展核融合技術,支持者說,核融合是一種乾淨、充裕且安全的能源來源,最終可能打破人類依賴化石燃料、助長全球氣候危機的局面。

倫敦帝國學院(Imperial College London)物理學家傑頓登(Jeremy Chittenden)表示,這是「令人極度興奮、真正的突破時刻」、「證明追求已久的目標、核融合的『聖杯』確實可能實現」。

當前全球核電廠是運用核分裂來產出能量;核融合則是結合兩個較輕的氫原子同位素(氘、氚),來形成較重的氦原子,過程中會釋出大量能量。而這就是太陽等恆星內部的反應。

在地球上,核融合反應則可透過在專門設備內把氫加熱至極高溫度來引發。勞倫斯利佛摩國家實驗室就是在巨大的「國家點火設施」中,把192束超高能量雷射光束全部導引至一個頂針大小、內含氫同位素的小圓柱容器。

如同核分裂,核融合操作過程不會產生碳,又比核分裂多出更多優勢,例如沒有核災風險,而且產生的輻射廢料少得多。然而核融合要達到產業規模,還有很長遠的路要走。

傑頓登提醒:「要用核融合來發電,我們必須進一步提高能量增益。我們也得找到可以更頻繁、更便宜重現相同效果的方法,之後才能切合實際地把它變成發電廠。」

法國原子能委員會(French Atomic Energy Commission)專案經理李法佛(Erik Lefebvre)告訴《法新社》,要走到那一步,可能還要再等20或30年。

看懂終極能源核融合,取之不盡零碳排能量大廢料少

(中央社)美國能源部於13日宣布目前研究中的核融合技術取得重大突破。核融合的原理因近似太陽,長久以來被人們視為具備潔淨、用不盡等特質的終極能源。

《華爾街日報》報導,美國於美東時間13日上午10時(台北時間13日晚間11時)在華府的能源部本部宣布核融合技術進展。

負責研究的是勞倫斯利佛摩國家實驗室;實驗室發言人拒絕透露細節,稱實驗數據尚在分析。

  • 原理等同太陽發光熱,美宣布技術突破

《金融時報》11日披露,勞倫斯利佛摩國家實驗室的科學家已從實驗性核融合反應中達成「淨能量增益」。

實驗室的「國家點火設施」使用近200具雷射將氫原子加熱到超過攝氏1億度的高溫及超過地球大氣層1000億倍的壓力。在此極端條件下產生一種稱為等離子(或稱電漿)的狀態,在這種狀態下氫原子會融合進而釋放出巨大能量,這與太陽發光發熱的原理相同。

核融合因可望成為比化石燃料或現有核能所使用核分裂技術更潔淨、取之不盡的能源,早引起全球投資者和數十家公司的極大興趣。

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Photo Credit: 勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)網頁
國家點火設施的前置放大器
  • 能量更大且無汙染,遠勝現有核能技術

各國現有的核電廠均是透過核分裂產生能量,全球約10%電力來自核電,雖幾無碳排,但所生廢棄物的放射性恐千年都不會消失。反觀核融合既不產生會長久存在的廢棄物,也不會有化石燃料燃燒產生的二氧化碳和其他溫室氣體,且可用氫等常見元素透過原子融合,產生近乎無限的能量。

核融合產業協會(Fusion Industry Association)追蹤的投資情況顯示,近年已有超過50億美元資金注入各家民間的核融合相關企業。各家企業都在研究不同的核融合反應爐設計,大部分仍仰賴等離子狀態的核融合。

但核融合距離商業使用仍有很長一段路,最大障礙之一是至今仍無法實現所謂淨能量增益(net energy gain),即核融合輸出能量要大過用於加熱原子的雷射光束輸入能量。這也使美國這次的突破更加難得。

科普相關網站指出,核能發電的核分裂運用鈾元素分裂時的熱能製造能源,而核融合運用元素加總的力量,運用上億度高溫讓氫或重氫(氘、氚)等元素的原子核變成電漿狀態,使相斥的原子核互相依附在一起,相關技術也是核融合發電最難克服的技術之一,畢竟這等同於做出一顆太陽。

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包括美國、中國、歐盟、日本、南韓、巴西等國都致力研發核融合技術。《哥倫比亞廣播公司新聞網》(CBS News)指出,目前全球最大的核融合研究計畫是由35國政府集資約220億美元的「國際熱核實驗反應爐」(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER),也在攻關與美國同樣的課題。