美國能源部在 13 日宣布在核融合研究取得重大科學突破,由政府出資的勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)首度實現核融合反應的淨能量增益,使零碳排、近乎無限的能源成為「可能」。不過針對核融合何時能商業運轉於發電,勞倫斯利佛摩國家實驗室主任 Kim Budil 直言,還有很長的一段路要走。
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美國能源部 13 日宣布,隸屬於美國能源部的勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)在核融合研究方面取得了重大科學突破,首度實現核融合反應的淨能量增益,即從核融合實驗中產生的能量,大於引發核融合反應的能量。
BREAKING NEWS: This is an announcement that has been decades in the making.
On December 5, 2022 a team from DOE's @Livermore_Lab made history by achieving fusion ignition.
This breakthrough will change the future of clean power and America’s national defense forever. pic.twitter.com/hFHWbmCNQJ— U.S. Department of Energy (@ENERGY) December 13, 2022
據 BBC 報導,該實驗室核融合反應與太陽、其他恆星釋放能量的原理相同,其工作原理是以超高溫等離子環境強迫複數分子融合在一起,產生氦(Helium)和中子(Neutron),被削減的其餘能量釋出後極其巨大,而物理學家們數十年來一直在研究這項技術,因為這可望成為近乎無限清潔能源的潛在來源。
核融合與核電廠目前使用的核分裂技術相反,進行核分裂時,重原子會分裂成較輕原子,這一過程會產生大量核廢料,這些核廢料很長時間內會持續出散發輻射,可能造成生物危害,故必須安全儲存。
相較之下,核融合產生的能量要多得多,而且只會產生少量、壽命短暫的放射性核廢料,且重要的是,此過程不會產生溫室氣體排放,因此不會導致氣候變遷,不過目前其中一個挑戰是,核融合需要超高溫和超高壓,此前,沒有任何實驗能夠產生比投入能量還要更多的能量。
實驗斥資 35 億美元
此次實驗的國家點火設施耗資 35 億美元,其實驗是將少量的氫原子放入一個胡椒粒大小的膠囊中,然後使用 192 束高能量雷射光束將其加熱至超過攝氏 1 億度(比太陽中心要熱),並施加逾 1,000 億倍地球大氣氣壓的壓力,在這些力量的作用下,膠囊開始自我內爆,迫使氫原子聚變、釋放能量。
勞倫斯利佛摩國家實驗室的雷射向目標輸入了 2.05 兆焦的能量,然後產生了 3.15 兆焦的核融合輸出。此次實驗中產生的能量很小,其實只夠燒 15- 20 次水壺,但意義相當重大,表明科學原理是可行的。
針對核融合何時能用於發電,勞倫斯利佛摩國家實驗室主任 Kim Budil 表示,目前仍然有重大障礙,像是如何降低成本、擴大能量輸出規模等,但通過共同努力和投資,對基礎技術進行幾十年的研究,就可望建造出一座採用核融合的發電廠。
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