[新聞] 「人造太陽」核融合發電重大突破 一文看懂零碳排的終極能源已回收
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「人造太陽」核融合發電重大突破 一文看懂零碳排的終極能源
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美國實驗室日前在核融合反應中,首次達到120%淨能量增益,創70多年來的新紀錄。核融
合發電原理與太陽熱能相近,被視為乾淨且取之不盡的能源,美國能源部將在台灣時間今
(13)日晚間11時揭曉最新進展。
核融合是什麼?
核反應分為核分裂與核融合。前者是由一顆原子核,分裂為多顆較輕的原子核;後者則相
反,由兩顆或以上的原子核,結合成一顆較重的新原子核。
反應前後的總質量並不會相同,失去的質量將轉換為能量釋出,其含量可由愛因斯坦的質
能互換公式 E = mc2 (能量 = 質量 × 光速的平方)計算而得。
目前核電廠的核能發電,主要由鈾-235核分裂釋放的能量推動進行;而太陽之所以能持續
發光發熱,是其中心的氫核融合轉變為氦,過程中釋放的能量所造成。
核融合有什麼重大突破?
據外媒報導,美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL),首次在核融合反應中實現淨能量增
益(net energy gain),也就是產生的能源大於消耗的能源。
報導指出,研究員使用2.1百萬焦耳(MJ)的原料,成功釋放出2.5百萬焦耳的能量,淨能
量增益達到120%,不過這個數字仍待實驗室進一步確認。在此之前最高的淨能量增益,是
2021年美國國家點火設施(NIF)創下的約70%,該裝置也是本次進行核融合反應採用的設
備。
LLNL此次採取「慣性局限融合」(Inertial confinement fusion)技術,雷射加熱裝了
氘及氚的燃料球,創造有如太陽中心高溫、高壓的環境,以誘發核融合反應。
為什麼要發展核融合發電技術?
目前全球能源皆存在各自的問題。像是石化燃料原料有限,且會造成空氣污染;太陽能、
風力等綠能,也有成本高、缺乏穩定性的疑慮;核分裂則面臨高階核廢料存放,以及輻射
污染等風險。因此,乾淨又供應穩定的能源,成了各國追求的目標。
相較於核分裂,核融合僅會產生如防護衣、過濾器等低階核廢料,通常經過淺層掩埋數十
至數百年,輻射值即可回復至接近一般環境的背景值。此外,核融合常用的燃料為氘與氚
,氘穩定存在自然環境中,氚雖然極其稀有,但可經由鋰反應而成,同樣不需擔心其存量
。
至於安全性問題,核融合並不像核分裂能自主產生連鎖反應,而是需要持續添加燃料維持
運行,一旦系統發生問題,也會自動停止運作,因此不容易產生爐心熔毀、甚至輻射外洩
的狀況。
核融合發電的未來?
目前全世界最大的核融合反應爐,是位在法國的國際熱核融合實驗反應爐(ITER)。預計
2025年開始電漿實驗、2035年開始氘氚核融合實驗,理想狀態下,核融合釋出的能量將達
原料的10倍。
科學家普遍認為,核融合輸出能量至少要是輸入能量的10倍,才有機會達到收支平衡;若
要運用在商業發電,釋出的能量要達到30倍以上。雖然120%的淨能量增益對比此數字,仍
有很大的進步空間,但已是研究逾70年來的重大里程碑。
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看來要看到商轉最最樂觀也還要20年(前提是後續仍有所突破)
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