最近,科學家在英國核聚變實驗室,就核聚變產生的能量刷新紀錄,背後原理形同「人造小太陽」。多名核工程師接受訪問,解釋實驗成果及背後原理。究竟核聚變發電離我們還有多遠?對未來能源又有甚麼啟示?
自 1930 年代,科學家已經在實驗室首次證明兩粒原子融合的能力,但人類始終無法利用核聚變產生能量以發電,至今核電廠仍依賴核裂變產生的高溫發電。西班牙國家核聚變實驗室研究教授 Ángel Ibarra Sánchez 解釋,其實進行核聚變非常容易,難就難在產生出能量。
今年 2 月 9 日,英國牛津郡的歐洲聯合環狀反應堆(Joint European Torus,JET)實驗室科學家宣佈,成功在核聚變實驗中,在 5 秒內記錄到 59 兆焦耳、或 11 兆瓦能量,為 1997 年舊有世界紀錄的雙倍。實驗室營運主管 Joe Milnes 指出,結果證明人類可以在機器內創造迷你星體,引領我們進入新領域。
太陽就是通過核聚變產生能量。在其核心的巨大重力壓力下,核聚變可在攝氏 1,000 萬度溫度下產生,但地球重力壓力遠低於太陽,以致產生核聚變的溫度要超過攝氏 1 億度,目前地球仍不存在可承受這種熱量的物料。
科學家因此提出「磁約束聚變」(Magnetic Confinement)原理,將極高溫氣體或等離子約束在環形磁場內,以免直接觸碰反應堆內壁。JET 實驗室作為全球最大型核聚變裝置,核心的環形容器「托克馬克」(Tokamak),正是採用磁約束聚變原理設計,以極高速度和溫度把原子核融合。
核聚變發電最快 2060 年成真
田納西大學核工程助理教授 Livia Casali 接受學術平台 The Conversation 訪問時指出,今次實驗結果,大概可確定未來核聚變反應堆的內壁物料,同時亦可確認,人類可利用重氫(Deuterium)和超重氫(Tritium)燃料混合物獲得聚變能量。英國原子能管理局行政總裁 Ian Chapman 認為,新紀錄是一個重要里程碑,人們離征服這項最大型科學兼工程成就又近了一步。
更重要的是,JET 實驗結果證明,法國南部建設中的另一座巨型核聚變反應堆 ITER 計劃切實可行 —— ITER 計劃以 50 兆瓦等離子加熱,在 300 秒內產生 500 兆瓦能量。 計劃總幹事 Bernard Bigot 形容,JET 實驗結果給予所有研究人員信心,ITER 預計將於 2026 年投入運作。
但需要注意的是,ITER 計劃與 JET 同樣不是用作發電。Sánchez 解釋,在核聚變技術正式用於發電前,必需先建設示範反應堆,而歐洲首座示範反應堆預料要等到 2050 年才有望落成,一旦證明其發電能力,首代核聚變發電廠可望於 2060 或 2070 年代問世。
一般認為,核聚變發電不會釋放溫室氣體,而且只會產生非常微量的核廢料,有別於當前核裂變反應堆衍生核廢料處置問題,因此核聚變能源常被歸類為「清潔能源」。但 Sánchez 勸告大家不應該把希望全部寄託在核聚變技術,應當分散投資,未來能源組合還是必須配合太陽能和風能。