天價「氚」供應量將枯竭 全球核融合反應爐面臨致命危機

[新頭殼newtalk] 1 克價格高達 3 萬美元（折合新台幣約 89 萬元）的氚，幾乎和鑽石一樣昂貴，但對於核融和支持者來說，它物有所值。氚在高溫下與其同位素兄弟氘結合，便可以像太陽一樣燃燒。只要人們能找到完成核融合的有效方法，這種反應便能提供無盡的綠能。

據中國《澎湃新聞》報導，加拿大核實驗室 2020 年向英國大型核融合反應爐「歐洲聯合環狀反應爐」（Joint European Torus ，JET）交付了5個鋼桶，每個桶裡都有一個可樂罐大小的鋼瓶，瓶裡裝有氫稀有的放射性同位素氚，氚的原子核由兩個中子和一個質子構成。

2021年，來自加拿大的氚為 JET 的一項實驗提供了燃料，這項實驗證明了人類的核融合反應正在接近一個重要的臨界值：核融合反應爐產生的能量超過為反應所投入的能量。通常，人們用Q值（能量輸出輸入之比）來表示，只有Q值大於 1，核融合反應裝置才能用於發電。JET 已經達到了約 0.67 。

這一成果也為國際熱核融合實驗反應爐（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）在未來十年內實現Q值1的突破提供了保證，ITER 是一個正在法國建設、類似於 JET 的聚變反應堆，體積是 JET 的兩倍。

不過，《科學》期刊近日一篇文章分析，這一勝利可能會得不償失。因為到那時，ITER 將消耗掉人類目前掌握的大部分氚，留給後續核融合反應爐的氚將極少。ITER 初期的實驗將使用氫和氘，不產生綠能。然而，一旦它開始產生淨能量的氘（氚燃燒），反應爐每年將消耗多達 1 公斤的氚。

核融合支持者們一向宣稱，反應爐燃料廉價且充裕。對於氘來說，這無可否認：海洋中，大約每 5000 個氫原子中就有一個是氘，它的售價約為每克 13 美元（折合新台幣約 387 元）。但氚的半衰期為 12.3 年，天然氚是宇宙線轟擊的產物，只在地球高層大氣中微量存在。鏈式核反應爐也能產生少量的氚，但很少被收集。

大多數核融合研究者對此不屑一顧，認為未來的核融合反應爐可以生產出需要的氚。如果反應爐內壁襯有金屬鋰，融合反應中釋放的高能中子可以將鋰分裂成氦和氚，而鋰資源在地球上相對充足。

但問題是，為了增殖氚，人們需要有一個正常工作的核融合反應爐，而第一代核融合發電站很有可能都沒有足夠的氚來啓動。目前，全球範圍內氚的唯一商業來源是 19 座加拿大重水鈾反應爐 （CANDU，是一種加壓重水反應爐設計），每個反應堆每年產生約 0.5 公斤氚，但這些核反應堆中半數將於十年內退役。根據ITER  2018 年的推測，可用氚的庫存將在十年內達到峰值，之後會隨著氚的出售和衰變而穩步下降。目前全球氚的存量約為 25 公斤。

雪上加霜的是，一些人認為氚增殖可能無法真正實現。氚增殖從未在核融合反應爐中測試過，而在最近的一次模擬中，加州大學洛杉磯分校的核工程師阿卜杜（Mohamed Abdou）和他的同事們發現，在最好的情況下，一個能產生綠能的反應爐產生的氚只比其自身燃料所需的氚略多。氚洩漏或反應堆較長時間的停運維護將蠶食掉這一微小的紅利。

氚的稀缺並不是核融合反應爐面臨的唯一挑戰，運營者還必須學會處理等離子體的湍流暴發和中子損傷等問題。但在普林斯頓電漿物理實驗室（PPPL）前工作人員、等離子體物理學家賈斯比（Daniel Jassby）看來，氚緊缺的問題迫在眉睫。「這對整個核融合事業來說，可能會是致命的一擊」，賈斯比對《科學》表示。

氚的唯一商業來源——CANDU反應爐面臨退役，如果沒有CANDU反應爐，氘-氚聚變將是一個無法實現的夢想。「對於全球核融合反應爐而言，最幸運的是可以利用CANDU反應爐產生的副產品氚」。阿卜杜說。

安大略發電公司副總裁瓦特（Jason Wart）預估，從2030年後，當ITER和其它核融合初創公司將開始燃燒氚，每年氚的出貨量會達到 2 公斤。

但隨著CANDU（其中許多已運行了50年或更長時間）退役，氚的供應量將下降，核融合反應爐的「氚窗」最終可能會砰然關閉。ITER最初計劃在2010年左右啓動，並在十年內開始燃燒氘-氚。但其啓動被推遲到了2025年，並且由於新冠疫情和法國核監管機構要求的安全檢查，可能會再次延後。因此，ITER最早可能要到2035年才會燃燒氘-氚，那時氚的供應量將面臨枯竭。

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