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不算重大進展 核融合將開創無限能源時代?別高興太早

美國本週公布最新核融合研究結果,引發多國媒體熱烈報導,宣告無限能源時代即將來臨。但事實上這份研究算不上實務上的重大里程碑。

核能-核融合-NIF 圖片來源:Shutterstock
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12月13日,美國能源部長格蘭霍姆(Jennifer Granholm)宣布,美國國家點火設施(National Ignition Facility)真的點燃火苗了:他們點燃了氘與氚的冷凍電漿體。

美國官員居然會花時間宣告如此晦澀的物理研究成果,實在不尋常。但其實整件事情從頭到尾都有點奇怪。

這次的研究結果在12月11日就被洩漏給《金融時報》,並引發全球媒體瘋狂報導。《BBC》下標「美國研究人員克服了達成低碳核融合的重大障礙」,彷彿世界上還有高碳排的核融合版本。瑞典主要日報標題則寫著「我們離無限能源邁進了一步。」義大利媒體則說「乾淨又安全的再生能源之夢即將實現」。

但這一切都不是事實。美國最新的研究成果很有趣,但算不上是邁向核融合發電的實用一步。

NIF隸屬於勞倫斯利佛摩國家實驗室。這間實驗室的主要目標是研究氫彈的物理機制,把氘與氚的原子緊緊壓縮,直到他們的原子核融合在一起,創造出一個氦原子核、一個中子與一些能量。只要融合的原子數量夠多,就可以創造出極大的能量。

1990年代美國放棄核武試射之後,一群勞倫斯利佛摩國家實驗室的聰明人認為,持續發展慣性局限融合(inertial confinement fusion)技術仍可用於其他非核武用途。因此,可以繼續進行規模較小的類似研究。NIF就這樣誕生了。

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核彈的運作機制中,擠壓原子的力量來自鈽的核分裂。NIF的研究則是讓高強度雷射線匯聚到同一個微小的氫電漿球上。兩種做法都是為了克服帶正電的原子核之間相斥的力量,才能將那些原子核擠壓得夠緊密,產生足夠強大的核力。

核力相吸而不相斥,會把母核的質子與中子拉在一起,變成更重的子核。要把子核連在一起所需的能量少於結合母核的力量,因此多餘的能量會被釋放出來。

NIF的新研究之所以引發熱議,是因為氫電漿球爆炸產生的能量比電漿球從雷射獲得的能量還多。換言之,NIF點燃了核能火花,並在電漿球中自行燃燒了一陣子。這是過去未曾達到的成就。如果進一步擴大規模,就有可能釋放出更高比例的潛在能量。

原則很清楚,也確實有助於了解氫彈運作。但要用這套做法來發電的前提是,最終釋放出的能量不只要超過電漿球本身獲得的雷射能量,還要超過為了創造那些雷射射線而投入的總能量。

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不幸的是,雷射射線的產製效率極差。總雷射射線創造出的能量中,只有極小部分抵達電漿球。因此,這並不足以成為一個可運作的反應爐的基礎。而且,這還沒有考慮到要將核融合產生的動能轉為電力的種種困難。

不過,核融合總是會莫名振奮人心。有些人說,水分子中自然含有氘,因此核融合的燃料理論上是無限的。但這樣的說法卻刻意忽略具有放射性、半衰期12年的氚必須靠合成取得。還有人說,核融合的好處是不會產生二氧化碳。這是事實。但核分裂、太陽能、風能也都不會產生二氧化碳,而且是實際已經完成開發的科技。

在這點上,核融合的狀況就更微妙了。數十年過去,現在已經有民間企業認真提出構想、挹注資金發展核融合技術。以雷射進行慣性局限融合的精密技術,現行的民間投資案卻沒有任何一個用到。過去即使有比NIF更現代的雷射射線,也沒有辦法克服產生雷射的過程效率不彰的問題。

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大部分的商業投資案都是以1950年代開發的托克馬克(Tokamak)為基礎。相較於NIF將氘與氚融合為冷凍電漿球,托克馬克技術將這兩種元素加熱成電漿體,並利用磁力壓縮。這些年來磁力科技的突破促成了托克馬克的復興。

民間還提出了許多比雷射射線更狂野的構想,但也都沒有用到雷射。因此,很難想像未來商用核融合發電,會靠雷射來達成慣性局限融合。下次再看到聳動的新聞標題時,請別忘了這一點。

(本文由「經濟學人」獨家授權轉載)

關於作者 經濟學人
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《經濟學人》(The Economist)是一份英國的英文新聞週報,是一本涉及全球政治、經濟、文化、科技等多方面事務的綜合性新聞評論刊物,著重於對這些議題提供深入的分析和評論。
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