人造太陽:解決人類生存危機的曙光

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工場去年 8 月的模樣。 圖片來源:ITER/Facebook

2010 年,霍金在「時代雜誌」中談及,希望有生之年看見核聚變成為實用的產能方式,提供源源不絕的潔淨能源。自 1930 年代起,世界一直嘗試掌握核聚變技術,經歷近一個世紀,終於在法國普羅旺斯 Saint-Paul-lez-Durance 的國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)中漸見曙光

35 個國家正在就 ITER 項目展開合作。於當地跨越 39 個建築工地的施工現場,一座重達 2.3 萬噸、重量等同於 3 座巴黎鐵塔的環磁機正在裝嵌。它被稱為「人造太陽」,能產生核聚變能量,是解決能源短缺和環境污染等人類當前危機的希望。

核聚變是太陽等恆星的主要能量來源。科學家模仿太陽以氫元素產生聚變能量的原理,將少量燃料注入一款名為托卡馬克(tokamak)的環磁機,在這個「冬甩狀磁場」內,以至少攝氏 1.5 億度高溫,令燃料中兩種本來互相排斥的粒子融合,使其出現質量變化,從而釋放巨大的聚變能量。只需 1 克燃料,便可產生相當於 8 噸電油的聚變能,且不會排放溫室氣體,更有別於現時使用的核裂變能,而不會帶來任何放射性廢物。

托卡馬克內部。 圖片來源:ITER/Facebook

然而,ITER 的專家表示,當中最大挑戰是如何維持聚變能量。英國的科學家於今年 2 月,以被稱為歐洲聯合圓環(JET)的托卡馬克,產生了 59 兆焦耳聚變能量,雖僅持續 5 秒,但已開創相關試驗的新紀錄,證明核聚變可在太陽以外的地球產生和維持。為了解決高溫下,由銅所造成的磁鐵會迅速融化的問題,ITER 使用了更耐熱的新型磁鐵,希望比 JET 維持聚變能的時間更長,將來可由商業規模的機器產生聚變能量。

此外,JET 和 ITER 均採用兩種氫的同位素 —— 氘(deuterium)和氚(tritium)。氘存在於淡水和鹽水中;氚卻很稀有,目前市場上的氚元素都由人工合成,價格昂貴,1 克市值約 3 萬美元。當核聚變發展起飛,氚的需求增加,成本價格將成為另一難題。

ITER 的發展也一直受地緣政治影響。項目現時由中、美、歐盟、俄羅斯、印度、日本和韓國 7 個主要成員營運。隨著俄羅斯向烏克蘭開戰,俄國被排除於其他國際科研項目之外,人們一方面憂慮俄國於 ITER 中所發揮的作用,同時亦擔心把它排除後所帶來的影響。因為自 1930 年代各國展開聚變技術研究以來,蘇聯製造的托卡馬克一直是最成功的 —— 1968 年,蘇聯研製的托卡馬克就能夠達到所需高溫,並在一段持續時間內控制等離子體,為當時重大突破。現時 ITER 頂部的磁鐵,就是在聖彼得堡製造,而俄方更是項目的主要資助者之一。

ITER 通信負責人 Laban Coblentz 表示:「ITER 可真是冷戰時期的產物,是由意識形態完全相左的國家共同合作,為更好的未來而有著相同目標。」他無法預測俄烏戰爭將對 ITER 帶來甚麼影響,但對下一任的總幹事而言,肯定是一個兩難議題。