星際旅行夢想 愈來愈接近實現 核融合 乾淨能源聖杯

編譯韋士塔 |2020.04.04
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科學家致力研發核融合技術。圖/法新社

編譯韋士塔

科學家持續追逐「乾淨能源聖杯」,也就是以核融合技術產生能源,以核融合取代核分裂,提供安全乾淨,且可產生幾乎無限電力。儘管距離核融合發電機的問世還有一段距離,但澳洲研究人員的最新成果顯示,人類正逐步邁向星際旅行的夢想。

隨著科技發展,人類對能源的需求持續升高;雖然化石能源(煤碳、石油和天然氣)目前依然是全球最主要的能源,但這類能源不僅對會汙染環境,且終將枯竭。因此,開發乾淨能源已成為能源發展的新方向,太陽能、風能及生質燃料等新能源的技術和使用,已逐漸成熟,核融合則是另外一種新能源。

核融合被視為能源的「聖杯」,當兩個原子的原子核彼此靠近而被迫合為一體,將可在碳排放量幾乎為零的情況下,提供幾乎無限量的乾淨能源。對於需要耗費大量能源的遠距離、長時間太空旅行來說,核融合發電機是必要裝置。

1920年代,英國物理學家艾丁頓(Arthur Stanley Eddington)提出核融合理論後,科學家競相投入這項技術的研究。數十年來,科學家致力研發可實際使用的核融合反應爐。在太陽或行星核心自然發生的核融合反應,條件相當嚴苛,包括須有龐大引力,以及攝氏1000萬度的高溫。由於地球的引力相對較低,要以人工產生核融合反應,溫度須達攝氏1億度。這也是科學家們持續尋求突破的難題。

世界各地的研究人員,已在這個領域花費大量的精力和財力;美國「國家點燃實驗設施」(NIF)曾嘗試以雷射光束引燃氫燃料球產生核融合反應,模擬太陽核心的熱能和壓力狀態,證明能以核融合取代核分裂,提供安全乾淨的能源。

德國和中國大陸在這個領域也有一些進展,德國的文德爾施泰因7-X(Wendelstein 7-X,W7-X)裝置,曾進行一次成功的實驗,讓溫度接近攝氏1億度;中國大陸也曾把先進實驗超導托卡馬克實驗裝置(EAST)電漿核心溫度加熱至攝氏1億度,為核融合發展寫下新的一頁。

由歐盟、中國大陸、印度、日本、俄羅斯、南韓和美國、法國在內的國際共建「國際核融合實驗反應爐」(ITER),是目前世界上最大的核融合研究計畫,目標是產生穩定的電漿體。然而,ITER計畫面臨各種挑戰,包括設計、預算和政策上的爭論。

最近的突破性進展,來自澳洲;新南威爾斯大學的霍拉(Heinrich Hora)教授使用功率強大的雷射,把氫(hydrogen)和硼(boron)的原子融合,產生可用來發電的高能量能源粒子。

霍拉表示,他們使用雷射產生強大的封閉磁場,並使用第2道雷射,把氫原子和硼原子燃料顆粒加熱到融合所需的溫度。目前,他們面臨的挑戰,是雷射目標的精確定位、雷射光束的不均勻性以及不穩定性,但團隊樂觀預測,希望能在5年內穩定控制核融合反應。這個目標是否能順利實現,目前言之過早;但如果能夠妥善開發和利用核融合,目前的能源結構將發生巨大的變化。

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