乾淨能源來了?美國實驗核融合首次產生能源增益 不過距離商用目標還很遠

美國國家實驗室的核融合產生能量首次超過投入的能量,但保持融合溫度須超過5千萬度,為最大難關。(圖片來源/LLNL Twitter)

美國科學家在重建核融合的競賽方面宣布一項重大技術突破,加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家使用強大的雷射短暫促成核融合,使核融合實驗產生的能量多於消耗的能量。

核融合輸出能量首次大過雷射光束輸入能量

專家表示,這是史上第一次核融合輸出能量大過用於加熱原子的雷射光束輸入能量,核融合產出的能源是乾淨能源,比起核分裂,核融合能源沒有核廢料,而且更有效率。

但實際上多出來的能量只夠用來加熱15~20個一般水壺。要是再加計前置讓雷射光束能夠產出的能量還是遠遠不夠,所以.距離商用還需要努力幾十年。

英國《BBC》、《Space.com》網站報導,幾十年來,物理學家一直在研究這項技術,因為它有希望成為近乎無限清潔能源的潛在來源,也不會產生上千年才會衰減的放射性核廢料。

多出來的能量只夠用來加熱15~20個一般水壺

周二(12月13日),美國能源部宣布,實驗室研究人員證實他們已經克服一個主要的障礙,讓核融合產生的能量多於投入的能量,但是專家表示,在核融合為家庭提供電力與能源之前,還有一段路要走。

該實驗在加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火設施(National Ignition Facility,NIF)進行。

該實驗利用192雷射光束轟擊橡皮擦大小的燃料顆粒,導致顆粒隨後釋放出比雷射更多的能量。「LLNL實驗向目標投入2.05兆焦耳(MJ)的能量,最後產生3.15 MJ的核融合能量,首次證明慣性融合能量(IFE)的基本科學基礎。」LLNL 的聲明說。

核融合是如何運作的?

LLNL主任Kim Budil博士表示:「這是一項歷史性的成就,過去60年裡,上萬研究員為這項努力做出貢獻,讓我們走到這裡需要真正的遠見。」

不過,LLNL警告,「這並不意味著聚變能力就在掌握之中,大家仍然需要許多先進的科學和技術發展來實現簡單、負擔得起的IFE能源,來為家庭和企業供電,美國能源部目前正在美國重新啟動IFE計劃。結合民營部門投資,獲得很大動力,才能推動核融合商業化的快速進展。」。

核融合被譽為能源生產的「聖杯」,這是為太陽和其他恆星提供動力的過程。

核融合產生乾淨能源,也沒有核廢料

它的工作原理是強迫2個正極原子擠在一起,原子融合時會釋放出大量能量,這不同於核分裂,在核分裂時候,1個原子變2個、2個變4個不斷分裂出去。

核分裂是目前核電站採用的技術,但是分裂過程也會產生大量核廢料,這些廢物會長時間持續釋放輻射,它很危險,必須安全存放。

核融合產生的能量更多,而且只會產生少量短壽命放射性廢料,重要的是,融合的過程不會產生溫室氣體(二氧化碳)排放,因此不會誘發氣候變遷。

但目前最大的挑戰是迫使原子融合並擠在在一起,需要極高的溫度和壓力,在12月13日以前,還沒有任何實驗室點燃的溫度能夠高到這麼離譜。

我們距離核融合商用目標還有多遠?

實際上,LLNL這次實驗產生的能量很小,只夠燒開10多個水壺,但是它的象徵意義巨大。核融合向無限乾淨能源邁出一小步, 但要達到商業運轉目標,還有很長的路要走。

《美國公共廣播電台》(NPR)訪問麻省理工學院等離子科學與核融合中心教授懷特(Dennis Whyte)討論核融合技術大突破與其未來。

懷特表示,「在實驗核融合過程中,把這些氫原子融合擠壓在一起,最後它們變成氦氣,這也是太陽產生能量的方式,核融合時,就會釋放出大量的乾淨能量。

須超過5000萬度才能促成核融合

「這聽起來有點像科幻小說,你必須達到極高的溫度才能促成核融合,須超過5000萬度,否則,我們無法從任何單一事件產生淨能量,所以,如果能源部長宣布實驗成果屬實,這確實是一個重大突破。」

他說,國家實驗室採用雷射光束的特殊融合方法,結果,融合能量超過輸入雷射能量時,這只是點火,還沒有達到發電的程度。

懷特指出,「事實上,這是需要改進的領域,核融合需要產生相當高的能量增益,才能成為有用的能源,也就是成為一座有用的發電廠。但科學家終於跨過門檻,看到能量淨增益,絕對是一項重大成就,因為我們向前推進時,你第一次看到發電廠需要的物理條件。

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