美國科學家扮推手 核融合發電將不再只是夢想

專家認為美國勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)這次的突破,證明透過核融合做為能量來源並非幻想,長遠來看有望協助能源系統淨零排放。(翻攝LLNL推特)
專家認為美國勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)這次的突破,證明透過核融合做為能量來源並非幻想,長遠來看有望協助能源系統淨零排放。(翻攝LLNL推特)

美國能源部(DOE)和美國能源部國家核安全管理局(NNSA)在台灣時間12/13(二)晚間23:00(美東時間EST 12/13上午10:00 )舉辦記者會,說明勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」(National Ignition Facility, NIF)首次完成一個可控制的核融合實驗,核融合反應達成產出的能量高於輸入的能量,將有助發展潔淨能源。這是一項數十年來的重大科學突破,將讓國防的進步和清潔能源的未來走向更寬闊的道路。

針對LLNL這次的核融合實驗,國立成功大學太空與電漿科學研究所副教授張博宇表示,這次的突破,主要是對壓縮靶材的物理機制有更深入的了解,透過理論模擬及過去的實驗結果交差比對,並配合機器學習所得到的模型,設計出提供更好的靶材壓縮對稱性的實驗條件。

張博宇進一步說明,這次的突破除了對基礎科學(電漿物理)更深入的了解,也有賴工程技術的突破及科學家與工程師更有效的合作。像是靶材的製作技術的提升,可以提供更均勻的靶材;加上近期NIF雷射的效能提升,將雷射輸出能量提高了8%,因此可以使用球殼厚度較厚的靶材,減少了靶材製作上的缺陷對靶材表現的影響,同時也增加了核融合反應所需要的燃料(氘+氚)。

勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」,首次完成一個可控制的核融合實驗。(翻攝LLNL推特)
勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」,首次完成一個可控制的核融合實驗。(翻攝LLNL推特)

 

張博宇提醒,若要透過使用雷射來實現慣性控制核融合的方式來發電,仍然有很多挑戰,例如:必須 (1)再提高靶材產生能量的效率(根據理論計算,用相同雷射系統但不同的靶材設計可以產生上百焦耳的輸出能量);(2)實驗的重複率從每天一次提升到每秒10次;(3)使用更高能量轉換效率及更高重複率的雷射(NIF的建置的主要目的是提供國防研究,且未使用最新的雷射技術);(4)品質更好、速度更快的靶材製作技術;(5)將核融合產生的能量轉成電能的技術…等。

除了使用雷射來實現慣性控制核融合的方式,世界上有許多政府研究單位及私人公司正在使用不同的方式來實現核融合發電,譬如磁場控制核融合(Magnetic confinement fusion, MIF)或磁化慣性控制核融合(Magneto-inertial fusion, MIF,又稱Magnetized target fusion, MTF)等方式。

然而,這些方式也仍然在實驗開發階段,因此此突破距離商業運轉還有一段路要走,但這次的突破讓我們看到實現核融合發電的曙光。

勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」,首次完成一個可控制的核融合實驗。(翻攝LLNL推特)
勞倫斯利佛莫爾國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」,首次完成一個可控制的核融合實驗。(翻攝LLNL推特)

 

總體而言,張博宇認為,這次的突破,證明透過核融合做為能量來源並非幻想,長遠來看有望協助能源系統淨零排放。但他也提醒讀者,在短期(5年)內是無法參與達到淨零排放。即便如此,此突破絕對是綠能推手,因為核融合發電不再只是一個夢想,而是可以實現的一個目標,可以吸引更多政府、民間資源的投入。

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