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傳說中的「核融合」為什麼重要,又有哪些實驗正在進行呢?

石化燃料的碳排放,及其對氣候的有害影響,使得太陽能和風能等再生能源在全球電網中佔有越來越大的份額。

核能在某些方面,比上述這些再生能源更具有優勢,包括能不受天候條件影響穩定供電、且成本低廉等。但是在另一方面,目前核電站所使用的核分裂技術,分裂過程中所產生的放射性廢物難以控制,處理不當時原因會造成輻射外洩的嚴重問題,車諾比和福島的反應爐事故就是證明。

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另一種被稱為核融合的核能技術,藉由將廉價且充足的氫原子結合在一起,不只可以產生基本上無限的能量供應,也不會產生大量的放射性廢物。核融合就是太陽數十億年持續不斷放出能量的來源。

在過去,儘管經過了數十年的努力,科學家和工程師仍然無法在地球上產生長時間的核融合。但現在看來,新技術的發展可能結束商業核融合的漫長等待。

國際熱核融合實驗反應爐

法國東南部 Cadarache 的國際熱核融合實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)正嘗試挑戰核融合發電的可行性,並證明它可以不造成負面的環境影響。

近期已建造超過一半的 ITER 反應爐為一個跨越六十多英尺(大約為二十多公尺)的托卡馬克(Tokamak,又稱環磁機,是一種利用磁約束來實現磁局限融合的環性容器)。

法國東南部Cadarache的國際熱核融合實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)試圖嘗試核融合發電的可行性,並證明它可以不造成負面的環境影響。圖/Kizar@Wikimedia

橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)最初作為美國曼哈頓計劃的一部分,以生產和分離鈾和鈽為主要建造目的。現今,攻克當下所面臨的科學難題,開發新技術以造福人群成為其研究主要目標。前主任 William Madia 表示,為了能使 ITER 反應爐順利運作,還有許多問題有待研究人員解決。其中包括能夠建築承受核融合反應大量熱能(大約攝氏1.5億度,比太陽核心高10倍)的反應牆。另外,還有製造可以產生強大磁場來維持核融合反應的超導材料等。

英國的Tokamak Energy目標是比ITER更早投入電網電力的供應。圖/pixabay

能源新希望:核融合發電?

除了 ITER 反應爐之外,還有其他正在開發的商用核融合反應爐的研發團隊。包括美國的 Lockheed Martin,加拿大的 General Fusion 和英國的 Tokamak Energy等。

其中,英國的 Tokamak Energy 目標是比 ITER 更早投入電網電力的供應。而美國的 Lockheed Martin 的工程部門正在開發一種緊湊型核融合反應爐,該核反應爐使用圓柱形磁場來限制核融合反應,而不是在 ITER 所採用的環形反應爐。

美國的 Lockheed Martin 預測其核融合反應爐將取代軍艦和潛艇中所使用的核分裂反應爐,並且將應用於卡車上,以便在需要電力的地方進行部署。他們表示,一個安裝在卡車的一百兆瓦的核融合反應爐可以為十萬人提供足夠的電力。

核融合技術看似前途似錦,但仍然存在著許多不確定性。專家們希望有一天核融合所產生的電力可以取代化石燃料、核分裂發電,以改善大部分的環境問題。

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