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资讯站/终极能源的突破

2021-10-13 04:28:36大公报
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  随着“碳中和”已成为不可转趋的趋势,以往由化石燃料作主导的能源供应模式将逐渐被风力、水力及太阳能等可再生能源取代。然而,这些“绿色能源”的输出量现时跟煤、石油及天然气等仍有相当大的距离,核裂变发电也带来辐射污染的问题。究竟有“人造太阳”之称的核聚变,能否为能源供应带来曙光,成为人类在未来的“终极能源”呢?

聚变比裂变更环保

  核子反应大致上可分为核裂变及核聚变。现时核电厂采用的正是裂变,利用较大而且不稳定的铀原子核,受到其他粒子撞击下即时分裂,释出能量及较细的原子核。相反,聚变则是由两个较细的原子核结合成一个较大的原子核,在过程中释出比裂变更大的能量,最典型的例子莫过于太阳发出的光和热,是由氢变成氦的聚变反应所产生。

  与燃烧化石燃料的发电站不同,核聚变只会产生氦气而非造成温室效应的二氧化碳。此外,核聚变也不会如核裂变般产生高辐射的核废料,大大减少对人类的威胁。至于核聚变需要的原料,例如氘和氚(氢的同位素)都来自海水,可说是取之不尽。那么,为何现在的发电厂仍“捨聚取裂”呢?

“东方超环”1.2亿℃下运行101秒

  最近由中科院合肥物质科学研究院研发,有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST,中文名为东方超环),在今年5月28日成功在1.2亿℃超高温下运行101秒。根据物理学理论“劳森判据(Lawson criterion)”,核聚变的点火条件包括燃料的温度、密度和约束时间这三个要素,缺一不可。

  首先,温度要达到1亿℃以上,聚变燃料才能完全电离。此外,太阳发生聚变主要依靠星球引力约束等离子体,但地球上却没有那么大引力,需要借助磁场来约束,让能量不失控。科学家们用磁场做成“托卡马克”这座“磁笼”,牢牢将高温物质控制住,磁场外面用真空隔绝,保护装置材料不被烧毁。最后,高温等离子体要维持相对足够长的时间,不洩露不逃逸,才可能释放出足够多的能量。

  国家的科研人员以“东方超环”这个项目为依托,参与了全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目ITER(国际热核聚变实验堆计划),并提供宝贵的参考经验。中科院合肥研究院副院长兼等离子体所所长宋云涛许下宏愿,要致力令这科学装置(东方超环)的能量输出大于输入,从而有望在2040年前后建成核聚变电站,实现千家万户能用上清洁能源的梦想。

  政贤力量时事评论委员会主席  王伟杰

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