我们可以在许多科幻动画、电影发现核融合的身影,科学家正努力在地球上打造可媲美太阳的能量场,追求无尽且干净的供电来源,不过现实似乎还离“丰满的理想”有一段距离,可能要 2050 年后才能看见核融合电厂。
为了寻求稳定的发电来源,人们投入核融合反应已逾半世纪,核融合主要是模仿太阳能内部产生能量的方法,将氢的两种同位素氘、氚原子结合,形成一个较重的原子核与一个较轻的原子核,但氘与氚都是带正电的元素,要把他们结合并不容易的事情。
科学家得利用强大的磁场、高温与高密度让原子核变成电浆状态,之后再加以控制与维持,只要电浆能在足够长时间下维持高温,才可以触发大量核融合反应,最后在用来发电或是其他用途。
目前也有许国家正投入资金盼实现核融合宏愿,近月也有新进展与计划出炉,像是英国 2017 年建立 2 座核融合研究中心后,又于 2018 年宣布来年要拨款 2,000 万英镑进行核融合相关研究,上月更决定砸 2.2 亿英镑,矢言在 2040 年打造一座核融合电厂。
意大利也正规划核融合实验计划,预计在 2022 年于弗拉斯卡蒂打造托卡马克实验室 DTT(Divertor Tokamak Test facility),主要是研究如何控制核融合反应的大量热量问题,最近更获得欧洲投资银行 2.5 亿欧元的贷款,该实验也将聘请共 1,500 位科学家、科研人员与员工。
镜头转移至亚洲,中国也孜孜不倦地研究核融合技术,甚至被认为是最雄心勃勃的挑战者,至今中国已经在核融合投入 60 亿人民币,之后将再投入 60 亿建设另一个反应炉,希望能在 2050 年前进行商用发电。
中国的核融合设备也不断创下新纪录,2017 年中国合肥的先进实验超导托卡马克实验装置(EAST)成为全球第一座能维持核融合特定必要条件超过 100 秒的设施,并在2018 年11月成功将电浆核心温度加热至 1 亿 °C,为太阳核心温度的 6 倍。
在亚洲除了中国之外,韩国也有投入核融合研究。韩国 KSTAR 的核融合反应炉也在 2019 年将电浆核心温度成功加热到一亿度并维持 1.5 秒,创下世界首例,今年目标则是维持 10 秒以上。
不过目前世上最大的核融合研究所位于法国,ITER(国际热核融合实验反应炉)是由欧盟、中国、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国跨国联合出资的计划,欧盟作为 ITER 设施的主办方,投入资金大约占 45%,其他 6 国则各贡献 9%。跨国团队在 2017 年开始兴建,规划在 2025 年 12 月进行首次电浆测试,但这也是 ITER 第三次延长时程了。
虽然说 ITER 主要是研究为主,目标是产生稳定的电浆体,且运作维持至少 8 分钟,就算实验有程也不会向电网供电,但研究仍可以协助其他实验室。
至于最终谁才能真正将核融合商业化,目前还不好说,毕竟现在研究核融合的国家、机构不胜枚举,也有不少富豪投入大笔资金加入核融合竞赛、成立公司,像是英国的 Tokamak Energy。不过现在列排名还为时过早,虽然有人期待 2030 年就能看见成果,但英国原子能管理局公关经理 Chris Warrick 认为,核融合电厂大概在 2050 年后才会投入商业供电。
因此核融合虽然不能减缓气候变迁、碳排放高的燃眉之急,但未来仍可期待发展。
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(首图为 ITER 今年六月的空拍照,来源:ITER)