美國麻省理工學院的物理學家大幅度地改進了技術,往實際核融合發電的目標邁進

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核融合提供了一種能絕不耗盡的永續能源來源的誘人前景。而最近,麻省理工學院Massachusetts Institute of TechnologyMIT)的科學家們就宣布了一個據他們所述,是作為讓核融合技術可行的「分水嶺時刻」。

終極能源目標

當兩個或多個原子核融合在一起來創造出更大的元素時,核融合就發生了,並且會在反應過程中釋放出巨大的能量,而這就是讓例如我們的太陽產生能量的方式。但是,要讓核融合在地球上,在一個不會用掉比它所產生的能量更多能源的系統中運作,目前為止都還不可能。

先前,超導磁鐵曾被認為是能夠產生核融合所需的超高溫的一種方法;而現在,研究人員已經製造出目前為止最強的一個超導磁鐵。事實上,這是第一次像這樣的磁鐵能夠產生足夠強的持續磁場,讓核融合能夠發生。

自 MIT 的地球物理學家瑪莉亞·祖柏教授(Maria Zuber)說:「在很多方面,核融合都是最終的乾淨能源來源。能夠獲得的能源總量真的會顛覆傳統想像。」

裝置設計

這個新磁鐵是由 16 個堆疊在一起的板子所組成,站起來超過 3 公尺高,且使用的是稱為「稀土鋇銅氧化物」(Rare-earth barium copper oxide,ReBCO)的超導材料。在約兩周的運行時間下,它就能夠達到破紀錄的磁場強度-20 特斯拉,而研究團隊說這個強度已足夠讓核融合發生。

既然現在已經證明了其能力,MIT 的科學家們以及他們在新創公司「聯邦融合系統」(Commonwealth Fusion Systems,CFS)的合作人員可以開始想出要如何將這個設備裝入核融合反應器中。他們將會使用環狀的托卡馬克(tokamak)設計。在這裡頭,被束縛的電漿能夠被加熱至攝氏 1 億度以上而觸發核融合反應發生。

藉由所研發的緊實且模塊化的磁鐵,研究團隊說,如果使用傳統磁鐵,有可能在比過去所需體積小 40 倍的反應器中獲得相似的表現。該技術的規模化對於讓核融合發電變得實際以及具有成本效益而言是很重要的,如此一來它就能夠倍整合至電網中。

用來驅動反應器的燃料會是水中的氫同位素,而由於我們有幾乎無限制的水供我們任意使用,因此這些反應器能夠無限地運轉。而且,它們幾乎不會產生廢棄物。

須加緊腳步

所有參與研究的團隊都認同還有很多的研究要做,以及要克服更多的阻礙,但是獲得具有這些能力的磁鐵是團隊所面臨最大的挑戰之一,而現在這個挑戰已經克服了。現在,針對該計畫的其他部分,進度可以加快了。

而我們都知道我們已經沒有可以浪費的時間了。地球的大氣正以災難性的速率暖化中,但是大量減少碳排放的目標卻遲遲未達。若是搭配著兩件我們早該正進行中的事來看,也就是完全淘汰化石燃料、以及實施可廣泛使用且具高成本效益的再生能源選項,實際上可以產生核融合能源的突破性發展正是我們地球所需要的。

MIT 與 CFS 的團隊希望在 2025 年時可以有個能夠運轉的測試工廠。

CFS 的執行長鮑伯·孟嘉德(Bob Mumgaard)說:「這是一個很重大的時刻。我們現在有一個在科學上非常進步的平台,這要歸功於數十年來對這些機器的研究,以及商業上非常令人感興趣的平台。這個平台讓我們能夠建造更快、更小、且成本更低的設備。」

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參考資料:

  1. Nield, D., (2021, September 10). MIT Physicists Just Majorly Advanced the Quest Towards Actual Fusion Power. ScienceAlert

  2. Chandler, D., (2021, September 8). MIT-designed project achieves major advance toward fusion energy. MIT News

  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/mit-just-made-a-major-advance-when-it-comes-to-harnessing-fusion-energy(圖:Gretchen Ertl, CFS/MIF-PSFC, 2021)