美稱核聚變技術取得突破 全球爭研「人造太陽」

美國能源部13日宣布,美國在核聚變轉化能源方面取得一項突破。核聚變是太陽獲得能量的方式,近年全球多國積極研究發展核聚變技術,希望通過「人造太陽」解決能源危機和氣候變化。今年稍早,中國「人造太陽」研究取得突破性進展,標誌着中國在該領域躋身國際第一方陣。

美媒稱,位於加州的美國能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)科學家在一項使用激光的核聚變實驗中,首次實現了淨能量增益。LLNL的聚變反應產生了大約2.5兆焦耳的能量,大約是激光消耗能量的120%。高於預期的能量輸出損壞了一些設備,使得後續分析變得複雜。

與化石能源相比,核聚變不會排放二氧化碳;與當前廣泛投入使用的核能(核裂變)相比,核聚變的核污染風險更小。長期以來,核聚變研究面臨的重大難題是如何讓釋出能量大於輸入能量,因此LLNL的實驗引起科學界廣泛關注。

中國與歐盟、美國、俄羅斯、日韓和印度等共同參與「國際熱核聚變實驗堆」(ITER)項目,在法國南部建造核聚變反應堆。ITER被視為全球最大的「人造太陽」,中方上月完成該項目首件關鍵零件「增強熱負荷第一壁」。中國本身亦有核聚變研究項目,10月19日取得重大突破,新一代「人造太陽」裝置等離子體電流突破100萬安培(1兆安),創造了中國可控核聚變裝置運行新紀錄。

美研核聚變取重大突破 能量產出首次高於投入

英國傳媒報道,美國加州勞倫斯利佛摩國家實驗室在過去兩周首次成功在被稱為「人造太陽」的核聚變(nuclear fusion)研究取得重大突破,做到「淨能量增加」。能源部預告於美東時間周二(13日)早上10時作出重大宣布,相信與核聚變有關。

物理學家於1950年代開始研究核聚變,但一直未能做到產出的能量高於投入。對比現時建基於核裂變的核能技術,核聚變理論上在生產能源時不會有碳排放或核廢料,被視為有力取代化石燃料和現有核能技術的未來潔淨能源,惟要真正投入使用料需數十年。

由美國政府資助的勞倫斯利佛摩國家實驗室利用「慣性約束聚變」來進行核聚變,以一個底面開口、內有黃金塗層的環空裝置,中心位置有一個燃料膠囊,裝有一層氘氚燃料。科學家用近200束激光射入環空裝置,加熱裝置內的氫原子至攝氏1億度,壓力是地球大氣層的1,000億倍。這種極端狀態產生名為等離子體的物質,氫原子聚變後釋放出巨大能量,過程與太陽及其他星體生產能量一樣。

實驗成功生產出2.5兆焦耳能量,是激光耗用的2.1兆焦耳能量的120%,而研究員仍在分析數據,由於實驗的能量產出高於預期,導致一些探測儀器損毁,增加分析工作的複雜程度。

美研核聚變大突破 廉價潔淨能源可成真

美國政府科學家經歷數十年的研究,據報終於在位於加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室,首次成功在核聚變反應中取得淨能量增長(Net energy gain),被視為能源技術發展的重大突破,踏出提供廉價潔淨能源的關鍵一步。

科學家自20世紀50年代以來一直試圖複製為太陽提供動力的核聚變反應,但從未有人成功在核聚變反應中取得淨能量增長,意味產生的能源比消耗的更少,淨能量增長亦因此被視為能源技術發展的里程碑之一。

「無限零碳能源目標關鍵一步」

英國《金融時報》前日引述3名了解加州實驗初步結果的人士報道,聯邦勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的美國政府科學家,在過去兩周的一次核聚變實驗中首次實現淨能量增長,甚至稱「朝着無限、零碳能源的目標邁出關鍵一步。」該實驗室採用了一種名為慣性約束聚變(Inertial confinement fusion)的方法,即用世上最大激光撞擊一顆微小的氫等離子體顆粒。

消息人士續稱,該核聚變反應產生了約2.5兆焦耳的能量,約為激光器2.1兆焦耳能量的120%。不過,實驗室指出,初步診斷數據表明,國家點火設施進行的實驗是「成功的」。但由於產生的確切能量仍在確定中,所以目前無法確認它是否超過了閾值。實驗室強調「分析仍在進行中,因此在這個過程完成之前公布信息……是不準確的。」

能源部今將宣布「重大科學突破」

其中兩名消息人士亦稱,能量產出超出了預期,導致部分測量設備損壞,使分析工作變得複雜。他們還表示,科學界已在廣泛討論這一突破。另一方面,美國當局亦謹慎處理消息。能源部表示,當局將於今日在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室正式宣布「一項重大科學突破」,但拒絕進一步置評。

一杯氫燃料可為一戶供電數百年

等離子體物理學家特瑞爾評論稱,如果這消息得到證實,我們將見證一個歷史時刻。正開發類似核聚變技術的英國初創企業First Light Fusion表示,這一潛在突破「改變遊戲規則」,對核聚變發電來說意義重大。不過技術距離商業用途至少仍有十年至數十年的時間。

聚變科學是利用極高速度將兩個原子粉碎,將過程產生的能源轉化為電力,不會排放碳到大氣層,亦不會產生放射性廢物,有助對抗氣候變化和改善貧窮,被視為廉價潔淨能源的「聖杯」。理論上,一小杯氫燃料在核聚變下可為一戶人提供數百年的電力。

值得一提的是,耗資35億美元(約272億港元)的實驗室最初是為了通過模擬爆炸來測試核武器,但後來被用於推進聚變能研究。去年,它在一次聚變反應中產生了1.37兆焦耳的能量,約為那次激光能量的70%,是世界上最接近淨能量增長的一次。

原材料海水提煉資源豐 夠人類用數百億年

核聚變能源的原材料氘和氚可從海水提煉,所以資源豐富,加上無碳排放和清潔安全等突出優點,被譽為是下一代新能源之王。

核能被認為是最有前景的能源,其主要有裂變能和聚變能兩種形式。核裂變是指由重的原子核變化為輕的原子核,核電站發電就是用可控核裂變技術。不過,核電站弊端就是電站產生的熱能大約只有百分之三十可以轉化為電能,同時會有大量的熱量積載在電站當中,存在嚴重的安全隱患。

聚變燃料保存運輸更安全

核聚變則是指由較輕的原子核變化為較重的原子核。據悉,可控核聚變可以用很少的能源釋放出巨大的能量。在自然界中,最容易實現聚變反應的是氫的同位素──氘和氚的聚變。

氘和氚在海水中的儲量極為豐富;據估算,一升海水提取的氘能產生的聚變能源,相當於300公升汽油完全燃燒釋放的能量。如果能將海洋中的數量多達45萬億噸的氘元素,全部應用於核聚變的話,釋放的能量足夠人類使用幾百億年。

另外,氘和氚反應的生成物是氦氣,沒有放射性,對環境無害;同時,一旦造成反應的等離子體熄滅,聚變反應就會終止,因此聚變燃料的保存運輸、聚變電站的運行都比較安全。

目前,實現可控核聚變的最大難題是如何控制和約束核聚變反應;理論上,有三種物理方式可約束核聚變反應:重力場約束、磁力場約束和慣性約束。太陽上的核聚變就是靠太陽強大的萬有引力提供的重力場約束,這個方法在地球上無法實現。

美核聚變技術或取得突破 潔淨能源廉價在望?

隨著民眾環保意識崛起,多國增加對潔淨能源技術的投資。美國近日據報有科學家首次成功在核聚變技術反應中取得能量淨增長,美國政府亦將在本周公布消息。美國自1950年代起開始研究,若相關技術取得成功,將有望可提供廉價潔淨能源。

有英媒周日(11日)引述熟悉相關研究人士報道,位於美國加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)成功首次在核聚變反應中取得能量淨增長(net energy gain),有指美國能源部(The Department of Energy)亦將在周二(13日),正式宣布消息。

相關研究目的旨在複製太陽產生能量的核聚變反應,美國科學家自1950年代起已開始研究,一旦取得成功,將可無限提供廉價的潔淨能源。不過距離技術能用於商業用途至少還需10年,甚至幾十年時間。

技術研發人員表示,除了帶來氣候效益外,技術突破還有望可以為貧窮地區帶來廉價電力。有熟悉研究的資深核聚變科學家亦表示,對於他們而言改變只是時間問題。另有實驗室官員表示,研究人員仍正分析數據,拒絕在周二前發表任何官方調查結果。

核聚變科學是利用極高速度將兩個原子粉碎,並希望將過程產生的能源轉化為電力,供家庭及商業使用。過程不會排放碳到大氣中,亦無需傾倒放射性廢料。雖然研究取得顯著成就,但有科學家指仍面臨極大的工程及科學挑戰,建造足夠大、可以產生聚變能量的設備極具難度。