核融合發電離我們多遠

烏鴻麟
Feb 9, 2021

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從愛因斯坦提出相對論以來,人類了解到質量是能量的一種表現形式,E=mc^2,更是讓我們知道質量裡面蘊含對當代生活來說幾乎是無窮的能量。

核電的開端

撇除1945年美國製作的原子彈以外,1954年的俄羅斯奧布寧斯克原子能發電站是我們第一次做到可以控制的核分裂,並使用那股能量來加熱蒸汽轉化成我們需要的電能,但是基於核能分裂反應的材料在地球上稀少,具有輻射汙染,公安問題屢屢在世界上發生,而發電成本並沒有絕對優勢,導致現行反核聲浪逐漸為世界主流。

核融合

基於上述核分裂的幾項缺點:材料少、輻射汙染、公安問題和發電成本。核分裂被當代民眾所唾棄,而科學家早在好久以前就已經瞄向了另一種核反應,稱為核融合,他幾乎是完美能源,就已現行的設計來說核融合材料幾乎無窮為氫的通位素氚(大海裡有)和氘(可以合成),放射廢料半衰期短且好處理,可以說是當代上限最高的清潔能源。

核融合的困難

在太陽裡就有很多核融合反應隨時再發生,所以可以想像我們想要讓核融合反應就是要在地球上產生一個小太陽,太陽有幾個特點他內部壓力非常高,分子密度大溫度極高,(particle density(n),Temperature(T),time(t))成為我們衡量核融合反應能否發生的重要指標,而現在有一個科學家計算出來的可用核融合發電的條件為:(T,n,t)>10²¹m^-3*s*keV這稱為核聚變三重積條件。

現在做得到嗎?

最近幾次的各個大國發表的核融合設備的數據,基本上都剛剛跨過了上面科學家推算"(T,n,t)>1⁰²¹m^-3*s*keV"這個條件,而且"預估"產出的能量相較創造核融合環境的能量還要多出25%,這意味著在地球上達到核融合發電的技術已經是科學驗證的可行。

現在最先進的發電設施在哪

ITER官方網站:https://www.iter.org/

ITER中文為國際熱核融合實驗反應爐,是由歐盟、印度、日本、中國、俄羅斯、韓國、美國一起合作的項目,該項目於2016年簽屬協議完成並開始建設人類史上第一座核融合商用發電廠,預計在2026年建設完畢並開始發電至2046年,以下為他們認為邁向商用還需要克復的目標。

  1. 讓反應爐輸出能量/輸入能量=500%
  2. 使反應能超過480秒
  3. 能自我持續電漿體
  4. 推升超導磁鐵(核融合發電設備關鍵材料)和遙控技術
  5. 氚增值技術的測試和成熟化(原料製備)
  6. 完善中子遮擋(輻射線)/熱轉換(把核融合產生的熱能轉換成電)

結語

核融合時代可能將要來臨,當ITER商轉成功後,核融和電廠帶來幾乎無止盡的能源提供人類使用,也意味著相關產業的蓬勃發展,核融合發電設備(托卡馬克裝置),還有大型儲電系統,等...,這將完全改變人類現行的世界格局和民眾的生活方式,也希望有正在ITER工作的人可以聯絡我跟我分享一下現在的進度在哪,也希望讀者有疑問或是想看甚麼可以在下面留言,我可以去看看最新的論文和新聞。

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