核融合發電,動工!

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物理學

核融合發電,動工!
▲質能互換:在ITER場址,工程師正在檢視環狀真空腔體的第一區段(運轉時將是直立的)。理論上,在環狀腔體裡的電漿會點燃核融合反應,氘和氚(氫的兩種同位素)高速碰撞,有機會黏附並形成氦氣。依據愛因斯坦著名方程式E=mc2可知,核融合反應中減少的微小質量會轉變成巨大能量。

2021-02-01 文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)|攝影/席拉(Manuela Schirra)、吉拉蒂(Fabrizio Giraldi)

國際熱核實驗反應爐(ITER)終於在去年7月開始組裝,由歐盟與六大國聯手執行。一旦啟用,潔淨能源將源源不絕。


人類是消耗能源的物種,而目前的能量來源尚無法滿足人類的需求。只要科學家能操控核融合反應,就有可能運用這種為太陽供應能量的過程,產生潔淨豐沛的能源。國際熱核實驗反應爐(ITER)是迄今最大且最宏偉的計畫,嘗試操控兩個原子合而為一時產生的能量。這項實驗耗資250億美元,合作國家包括歐盟、中國、印度、日本、南韓、俄羅斯和美國,在法國聖保羅-杜蘭斯河畔執行,旨在實踐先前核融合實驗都未能達成的終極目標:產生的熱量多於所消耗的。


這項計畫延遲許久且成本激增,幾年前一項重大的獨立評估還迫使領導階層辭去職務。反對者認為,此計畫總歸是愚蠢無用,投入了太多時間和金錢,而實驗目的並非建立一座可運轉的發電廠,僅僅是驗證一種概念。但是當科學家開始連接由各國提供的眾多部件,反應爐正式組裝,ITER終於在去年7月邁向翹首盼望的里程碑。2015年接任ITER主席的比哥特(Bernard Bigot)說:「我們就像馬拉松接力賽的選手,雖然過了第一關,但知道後面還有很多關。這使我們對未來更有信心,也知道沒有理所當然的事。」


難題在於,要在實驗室內部建造微型太陽,然後加以操控。此實驗的核心是2萬3000公噸的圓柱體,內部強大的超導磁鐵將操控電漿長時間維持在1.5億℃,直到核融合發生。要順利點燃核融合反應是巨大挑戰,硬體建造也相當棘手。沒有參與ITER的美國威廉與瑪麗學院電漿物理學家莫代克(Saskia Mordijck)評論:「這項大型國際計畫的各個部件來自世界各地,必須像拼圖一樣組裝在一起,並且要能運轉。」


科學家希望能在2025年啟動反應爐,2035年實踐以全功率運轉的終極目標。此計畫一旦成功,將獲得巨大的報償。核融合產生的能量有可能比燃煤或石油更多,勝過傳統核電廠使用的核分裂燃料。核融合發電並不會產生溫室氣體或放射性廢料。比哥特說:「我認為核融合發電真的是再生能源的一種選項,並且可以減緩氣候變遷,未來三、四年絕對至關重要。」

國際熱核實驗反應爐(ITER)官網:https://www.iter.org/
關於本文的精采圖集,請見網頁:https://www.scientificamerican.com/article/worlds-largest-fusion-reactor-begins-assembly/


【欲閱讀全文或更豐富內容,請參閱〈科學人知識庫〉2021年第228期02月號】