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可控核融合點火成功!35億美元燒了幾壺水,但清潔能源指日可待

2024-04-26科學

前言

關於核融合的突破新聞總是能在科技領域引起巨大反響,尤其是在2022年的年底,美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)實驗成功點燃了一顆夢寐以求的「融合之星」,讓全世界都看到了人類突破傳統核融合的可能性。

可是在這項歷經困難、耗資巨大的實驗中,如此高昂的成本又是如何產生的?人們有多期待可控核融合所帶來的清潔、安全能源革命?

它能否真正幫助人類擺脫溫室瓦斯的威脅,並抑制全球氣候變暖?

這項實驗成功的前景又是如何的?

一、究竟什麽是可控核融合?

可控核融合是人類長久以來一直在追求的技術目標,也是擺脫傳統核分裂能源的一種發展方向。

不同於核分裂,在核融合中兩個原子核會因高能粒子碰撞而結合,釋放龐大能量,也是太陽等恒星主要能源來源。

根據宇宙中的物質成分,最初的宇宙僅包含質子和中子,但在極端高溫的介質中,這些質子和中子受到振動和碰撞,亦會形成氚和氦。

在太陽內部這種氚繼續與質子碰撞,最終凝結為氦和釋放能量。

由於太陽內部高溫高壓的自然條件,在近1000萬攝氏度的溫度下便可實作這種反應,人類則在尋求更可控的方法。

想要穩定、可控的核融合,需要更高的溫度與壓力,並且還有克服同核帶來的排斥力。

此外,核融合需要非常幹凈且高能的反應材料,克服其它能量損耗。

這項任務的巨大復雜性也使得人類遲遲無法找到理想的方法來實作可控核融合。

二、35億美元的幾壺水,到底值不值?

LLNL實驗成功的訊息在科學界掀起了不小的波瀾,但在此之前,這項實驗可不是第一次進行。

在1970年,產生自信的科學家曾預言人類將在20年內成功實作可控核融合。

隨著研究的延續,這個時間被不斷向後延遲,變成了一個「永遠在30年之後」的梗。

看似「不抱希望」的這種待遇,可控核融合為何一直像是「就快實作」的夢想一樣被高度期待?

核融合不僅能產生巨大的清潔能源,還能避免可控核融合反應堆被濫用來發展核武器。

可控核融合的反應材料在處理上也相對安全,可以減少對環境的影響。

而且由於容易產生鏈式反應,這種反應爐在安全方面也更加可靠,相比核分裂更為合理選項。

不過這一切都是在人類成功實作可控核融合這個前提下。

從技術角度來說,可控核融合的難度要遠高於核分裂,給科學家們留下了重重挑戰。

LLNL的實驗中,實作可控核融合的雷射束儀器總共耗資超過35億美元,且這只是實作核融合的點火階段,還有前期準備、後期更長時間的維護成本,使得這一技術十分昂貴。

值得慶幸的是,這項實驗取得了令人矚目的進展。

在過去的實驗中,實驗者往往難以為人類獲得能量輸出,但在這次LLNL實驗中,研究人員透過測量成功點火的反應產物,獲得了積極的能量增益。

實驗中的目標是利用傳輸到反應器內的2.05兆焦耳能量,「燃燒」極少的融合燃料,產生10倍於目標輸入能量的31.5兆焦耳, 能量增益達到了153%

這一結果讓人類第一次看到了可控核融合實作能量增益的曙光,為清潔能源的發展提供了快速的可能性。

此番突破不僅給大家帶來了明確的成果,更是為科學家們提供了許多可以探討與最佳化的方向。

2018年,勞倫斯利佛摩國家實驗室擁有研究可控核融合的超級電腦,成功模擬了點火的路徑,如何控制電漿以實作更多的能量和更長時間的執行。

這對於科學家來說將幫助其更好地了解這個技術,為其最佳化帶來希望。

不過,科學家們還需要更多時間和投資,才能真正將這個技術套用於現實中。

三、可控核融合能否成為清潔能源的「發動機」?

雖然這項核融合的成功點火只是一小步,但也是人類探索高能物理領域的巨大飛躍。

它為清潔能源的實作提供了新的可能性,未來在核融合技術的成功套用下,或許我們的家用電器就可以多用數十年。

展望未來,可控核融合能否成為「發動機」,真正在環保方面大有可為呢?

一般來說,可控核融合比傳統燃燒清潔得多,核融合的燃料來自海水,不會產生核廢料,也不會在發電過程中排放溫室瓦斯。

盡管如此,可控核融合想要在環保方面有所貢獻,還需要面對一些挑戰。

首先是可控核融合的實用化。

雖然實驗室中取得了成功,但如何將這項技術套用到現實中,確保其穩定高效的執行,仍然是一個巨大的難題。

其次是實作可控核融合的經濟性。

目前的實驗仍然依賴於昂貴的裝置和大量的人員,想要實作大規模商用,還需要大量的投資與技術研發。

最後,我們還需要解決可控核融合的安全問題。

如何在大規模商用可控核融合時,確保反應爐執行安全,避免發生類似於核分裂的事故,仍然是一個待解決的問題。

不過,隨著技術的不斷發展,相信這些挑戰在不久的將來都能夠得到解決。

筆者認為

雖然可控核融合仍然面臨著重重挑戰,但它無疑為我們的未來提供了無限可能。

有了可控核融合技術,我們或許很快就能擺脫對化石能源的依賴,實作清潔、安全、高效的能源生產和利用。

有了可控核融合技術,我們或許很快就能徹底解決能源危機,為全球範圍內的經濟發展和社會進步提供持續動力。

有了可控核融合技術,我們或許很快就能全面應對全球氣候變暖的挑戰,為地球的永續發展貢獻更多力量。

這一技術的未來充滿了無限可能,相信在不久的將來,我們就能看到它為人類社會帶來更加璀璨的明天。