美打造「小太陽」 獲重大突破

 

Jonas Johansen: Niels-Henning Ørsted Pedersen Quintet: RHYTHM-A-NING

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【摘要2022-12-12二.經濟日報】美國在熱核融合研究領域首度獲得突破。美國聯邦政府加州勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）採用「慣性局限融合」程序，淨能量增益率可達到約20%，代表可產生無限量、零排碳能源的「小太陽」，距離人類已愈來愈近。美國能源部預定13日在實驗室宣布此項「重大科學突破」。

核融合反應與太陽產生熱能的原理相同，因此被科學界稱為「小太陽」，被喻為零碳排的「聖杯」（holy grail）。物理學家從1950年代就致力於研究核融合反應，但所產生的能量始終低於融合反應所耗用的能量，亦即無法產生淨能量增益。

倫敦金融時報（FT）報導，知情人士表示，LLNL採用「慣性局限融合」（Inertial confinement fusion）程序，包括使用全世界最強的雷射轟擊氫氣電漿微粒，過去兩周已經在實驗過程中達到淨能量增益（net energy gain）。實驗室國家點火設施（NIF）的核融合反應設施共產生2.5兆焦耳的能量，而所用的雷射消耗2.1兆焦耳能量。實驗室也證實這項實驗獲得成功。

實驗室表示，「初步診斷數據顯示實驗成功；但確定的結果仍有待決定，而且我們能夠證實這次已經邁過門檻」。兩位熟悉此事的人士指出，能量產出超過預期，破壞了一些診斷設備，使分析工作較為複雜。

科學界已經在廣泛討論這項突破。雖然許多科學家相信這距離建立核融合電力站還要好幾十年，但這項科技的潛力不容忽視。核融合反應優於現有的核分裂反應，既不會排碳，也不會產生放射性廢物，而且理論上只要一小杯氫燃料，就能供應一個家庭好幾百年所需的電力。

電漿物理學家特瑞爾表示，「如果獲得證實，我們正處於見證歷史的時刻。科學家從1950年代就試圖證明核融合能夠釋出更多能量，LLNL似乎終於且絕對性地達成了數十年來的目標」。

全世界大部分的核融合研究都聚焦於另一種方式：磁局限融合，是以強力磁鐵包覆氫燃料，再加熱到極高溫來達成核融合。

近年來一些民間企業也對其進行投資，目標是在2030年代提供核融合電力。到今年6月為止的一年間，民間部門的累積投資額達到49億美元。

小辭典／核融合（Nuclear Fusion）

根據美國能源部（DOE）官網上的解釋，核融合反應為太陽和其他恆星提供動力。在融合反應中，兩個輕原子核合併形成一個較重的原子核。這個過程釋放出能量，因為所得單核的總質量小於兩個原始核的質量，剩餘的質量變成了能量。假如科學家能研發出一種方法來利用核融合所產生的能量，可能是一種重要的能源生產方法。

從事融合能源應用的研究人員對氘-氚（DT）融合反應特別感興趣。氘-氚融合產生一個氦核（或α粒子）和高能中子。在此過程中釋放出比大多數融合反應遠遠更多的能量。

在未來潛在的融合發電廠中，DT反應產生的中子會產生能量供我們使用。研究人員專注於DT反應，因為它們會產生大量能量。