目前,世上主流的核融合是取氢的两种同位素氘、氚做为燃料,于实验反应炉中以高强度磁场约束住电浆,以将物质不断加热到上亿度促成核融合反应。但最近有科学家提出另一种替代方案,是以高强度的双激光光束驱动“氢硼融合”,不只完全不会产生放射性废料,可能还有机会比氘氚融合更早实现商业化反应炉的建设。
科学家努力研究如何在地球上控制核融合已逾半个世纪,目前主要找到几种可控制核融合的方法为“激光约束(惯性约束)核融合”和“磁约束核融合(托卡马克)”。
▲ 美国国家点燃实验设施(NIF)的大型激光约束核融合研究装置。(Source:新南威尔士大学)
世上最大的实验性托卡马克反应炉目前正在建设中,为国际热核融合实验反应炉(ITER),位于法国南部,利用原料可直接取自海水的氢同位素“氘”来进行核融合。在托卡马克环形腔中,物质被高强度磁场不断加热到上亿度(太阳核心温度的 10 倍)以达核融合目的。
这是目前看来最可行的核融合方法,只不过现阶段许多托卡马克装置产生核融合反应后,极短时间内就要关停,以免机组因高温毁损,所以实验性托卡马克装置只有研究价值,无实用性,是否能商转的关键在于托卡马克内壁材质的高温承受能力。
有别于依靠强电磁场将燃料加热到太阳温度,由澳洲新南威尔士大学物理学家 Heinrich Hora 领导的一个国际研究小组现在提出,利用两束快速爆发的强大激光已经可以实现“氢硼融合(hydrogen-boron fusion)”,有别于燃煤或核能最后是透过加热液体来驱动蒸气涡轮机发电,由氢硼混合物产生的能量会直接转化为电能。
▲ 氢硼融合反应示意图。
此外,氢硼融合不会产生中子,这意味着反应不是放射性的,不会产生任何放射性废料。
不过氢硼融合有一个巨大障碍摆在眼前──它需要高达太阳核心 200 倍的温度,接近 30 亿 ℃。Heinrich Hora 声称,这个障碍随着激光技术的进步将不再是问题,经过一系列实验表明,拍瓦级(petawatt-scale)的高强度激光脉冲可在 10-12 秒内产生千兆瓦的功率,以精确的非线性力将原子核压缩在一起,引发“雪崩式”融合反应。
虽然这种技术只在实验和模拟中得到证实,但研究小组权衡后认为,氢硼反应完全是可行的核融合手段,而且比氘氚融合更接近最终成果,只要科学家找到利用“雪崩”的方法,氢硼融合的时代就会降临。
这份研究发表在《Laser and Particle Beams》期刊,而 Heinrich Hora 更已为系统申请新专利、创办“HB11 Energy”能源公司准备让技术发扬光大。该公司表示,如果未来几年的研究没有遇上重大工程障碍,他们将可在 10 年内建立一个原型反应炉。
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- Laser-driven system for creating fusion power now within reach
(首图来源:新南威尔士大学)
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