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核融合研究重大突破!五秒內創59兆焦耳紀錄 有11兆瓦能量

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2022年2月11日
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圖、核融合研究重大突破!創59兆焦耳紀錄 五秒內有11兆瓦能量

英國原子能局(UKAEA)於2022 年 2 月 9 日宣布,位於牛津的歐洲聯合環狀反應爐 (Joint European Torus;JET) 實驗室的 EUROfusion 科學家和工程師,在核融合(或稱核聚變,Fusion Energy)取得了突破性里程碑進展,成功將氫的兩種同位素氘和氚擠壓在一起,產生「氘氚融合」,在五秒內創下59 兆焦耳(megajoules)紀錄,產生11兆瓦的能量。
 
核融合(Fusion Energy)工作原理是將兩種輕原子結合起來,生成一種更重的原子。通過使用被稱為等離子體的高溫帶電氣體,快速移動的粒子可以融合,釋放出能量。也就是,核融合在提供安全和可持續低碳能源方面的潛力,有助於應對氣候變遷至關重要。基於核融合的發電不會產生溫室氣體,但產生相當少量的放射性廢棄物,但專家仍評估風險。  
  • 由EUROfusion 聯盟的研究人員——來自歐洲各地的 4,800 名專家、學生和工作人員,由歐盟委員會共同資助——使用相同的燃料混合物,進行核融合研究。
  • 由於歐洲聯合環狀反應爐 (JET) 的科學家和工程師展示59 兆焦耳的持續Fusion聚變能量,這是世界上最大和最強大的可操作托卡馬克機器(tokamak machine)。而且,這些關鍵實驗的記錄和科學數據是對 ITER(更大、更先進的 JET 版本)的重大推動。ITER是一個聚變(Fusion)研究大型項目,由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七個成員支持,位於法國南部,旨在進一步展示聚變能源的科技可行性。
值得注意的是,在現實條件下獲得的運行經驗對 ITER 和歐洲示範電廠 EU DEMO 的下一階段實驗目標在將電力接入電網。
 
聚變能源的潛力
聚變Fusion本質上是安全的,為我們像太陽般恆星提供動力的過程,它承諾使用可以在全球範圍內從廉價材料中獲取的少量燃料,在長期內提供近乎無限的綠色電力來源。聚變過程在高溫下,將氫等輕元素的原子聚集在一起,形成氦,並以熱量的形式釋放出巨大的能量。JET的溫度比太陽中心高 10 倍——是 ITER 的重要試驗台,號稱史上最大的合作科學項目之一。規模更大的法國項目和未來的發電廠計劃使用相同的氘氚 (DT) 燃料混合物,並在與最近在牛津卡勒姆科學中心舉行的破紀錄的 EUROfusion 實驗相似的條件下運行。
 
關於兆焦耳和兆瓦 (Megajoules and Megawatts)
在最近的破紀錄實驗中,JET 在 5 秒的時間內(聚變實驗的持續時間)從聚變中產生了總共 59 兆焦耳的熱能。在這個實驗中,JET 的平均聚變功率(即每秒能量)約為 11 兆瓦(每秒兆焦耳)。 JET 在 1997 年實現的聚變實驗的先前能量記錄是 22 兆焦耳的熱能。1997 年短暫達到的 16MW 峰值功率在最近的實驗中沒有被超越,因為重點一直放在持續聚變功率上。
 
新創公司TAE
TAE科技公司位於美國洛杉磯的福特希爾蘭赫(Foothill Ranch),已經籌集了超過8.8億美元的私人資金,高於其他任何核聚變公司。該公司獲得來自高盛公司、洛克菲勒家族和已故的微軟公司聯合創始人保羅·艾倫的高調支持。其董事會成員包括前美國能源部長莫尼茲。
 
該公司的30米長的聚變筒C2W,耗資1.5億美元,有別於世界上最大的聚變實驗所使用的甜甜圈形「托卡馬克」(tokamak)不同的方法。該設備並不依賴等離子體的熱量來產生快速移動的粒子進行核聚變,而是使用外部粒子束,將其射入熱氣中,類似於粒子加速器中發生的情況。同時,利用谷歌在機器學習方面的優勢,即算法隨著經驗而不斷改進,已被用於優化TAE的聚變裝置。TAE與谷歌合作打算在2030年之前推出商業核聚變測試設備。(1094字;圖1)
 
 
參考資料:
Fusion energy record demonstrates powerplant future. GOV. UK, 2022/2/9.
Major breakthrough on nuclear fusion energy. BBC, 2022/2/10.
核融合,維基百科。
核聚變研發競賽:無放射性的「小太陽」正在加速成為現實。BBC中文網,2022/2/11。


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