日期:2022/07/02   IAE 報導

核聚變能量越來越接近現實各種項目和舉措正在產生積極成果，指向聚變能源的未來
作者：保羅·諾曼和李·帕克 2022 年 2 月 24 日

與地球上可以產生的任何其他過程相比，聚變可以產生更多的能量。 圖片：Shutterstock通過對話
英國的歐洲聯合圓環 (JET) 設施最近取得的成果令人非常興奮，這暗示著核聚變能的夢想正在接近現實。 我們知道聚變是有效的——它是為太陽提供能量的過程，為地球提供熱量和光。

但幾十年來，事實證明，從科學實驗室實驗過渡到持續發電是很困難的。

聚變的基本目的是讓原子核融合在一起，形成一個不同的、更重的原子核——在這個過程中釋放能量。 這與核裂變不同，在核裂變中，像鈾這樣的重核被分裂成更小的核，同時也釋放能量。

一個重大的困難是將輕原子、氫或氦的同位素融合在一起的過程。 由於它們帶電並相互排斥，因此它們會抵抗融合，除非原子核移動得足夠快以在物理上彼此非常接近——這需要極端條件。 由於其巨大的引力場和巨大的體積，太陽在其核心實現了這一點。

地球實驗室使用的一種方法是“慣性約束”，即使用激光能量從外部加熱和壓縮直徑約十分之一厘米的微小聚變燃料芯塊。

近年來，這項技術取得了一些令人鼓舞的進展，也許最引人注目的是美國的國家點火設施，去年報告的聚變產量為 130 萬焦耳（一種能量度量）。 雖然這產生了 10 萬億瓦的功率，但它只持續了一小部分（萬億分之九十）秒。

另一種技術“磁約束”已在全球實驗室中得到更廣泛的應用，被認為是未來實現聚變電站最有希望的途徑之一。

它涉及使用以熱等離子體形式包含的聚變燃料——帶電粒子云——被強磁場限制。 在為發生聚變反應創造條件時，約束系統需要將燃料保持在適當的溫度和密度，並保持足夠的時間。

這就是挑戰的重要組成部分。 少量的聚變燃料（通常只有幾克）需要加熱到很高的溫度，比太陽中心（1.5 億攝氏度）的溫度高 10 倍。 這需要在保持限制在磁籠中以維持能量輸出的同時發生。

可以使用各種機器來嘗試保持等離子體的這種磁約束，但迄今為止最成功的是所謂的“託卡馬克”設計，它使用圓環（甜甜圈形狀）和復雜的磁場來約束等離子體，如 受僱於 JET 設施。

小步還是大躍進？

最近的結果標誌著尋求聚變能的真正墊腳石。 總共 5900 萬焦耳的能量在 5 秒內產生，平均聚變功率約為 1100 萬瓦。

雖然這僅足以加熱大約 60 個水壺，但它仍然令人印象深刻——創造的能量輸出是 1997 年創下的先前記錄的 2.5 倍（同樣在 JET 設施，達到 2200 萬焦耳）。

JET 的成功是多年規劃和經驗豐富的敬業科學家和工程師團隊的結晶。 JET 目前是世界上最大的託卡馬克裝置，也是唯一能夠同時使用氘和氚燃料（氫的同位素）的裝置。

該機器的設計使用快速加熱的銅磁鐵，這意味著它只能在長達幾秒鐘的等離子爆發下運行。 為了實現更長時間持續的高功率操作，將需要超導磁體。

幸運的是，ITER 設施就是這種情況，該設施目前正在法國南部建造，作為涉及 35 個國家的國際努力的一部分，目前已完成 80%。

因此，最近的結果使人們對 ITER 機器設計的工程設計和物理性能充滿信心，這也是一種磁約束裝置，旨在產生 5 億瓦的聚變功率。

然而，其他重要挑戰仍然存在。 其中包括開發能夠承受機器內部巨大壓力的適當耐用材料，處理巨大的動力排放，最重要的是，產生與其他形式的能源生產相比具有經濟競爭力的能源。

幾十年來，實現顯著的功率輸出並在很短的時間內維持它們已被證明是聚變的主要挑戰。 如果沒有最終解決這個問題，最終的聚變動力裝置根本無法運行。 這就是為什麼 JET 結果代表了一個重要的里程碑，儘管它只是標誌著前進的一步。

巨大的飛躍將伴隨著在隨後的聚變系統（例如 ITER）以及之後的示範發電廠中擴大當前的聚變成就。 這在不久的將來應該是可以實現的，目標是在 2050 年代或更早之前投入使用。

關鍵好處
有很多風險。 聚變每克燃料產生的能量比地球上任何其他過程都多。

聚變的一些主要好處是該過程的產物是氦和中子（與質子一起構成原子核的粒子）——不會釋放二氧化碳或其他溫室氣體。 原始燃料是氘，可以在海水中找到，而鋰也很豐富，可以在廣闊的鹽灘中找到。

一個筆記本電腦電池和一個浴缸裡的水所含的鋰釋放的潛在聚變能量估計相當於大約 40 噸煤。

聚變確實在構成反應堆的材料中產生了一些放射性。 但預計這不會像核裂變產生的放射性廢物那樣持久或強烈——這使其可能成為比傳統核能更安全、更可口的選擇。

聚變的一些主要好處是該過程的產物是氦和中子（與質子一起構成原子核的粒子）——不會釋放二氧化碳或其他溫室氣體。 原始燃料是氘，可以在海水中找到，而鋰也很豐富，可以在廣闊的鹽灘中找到。

一個筆記本電腦電池和一個浴缸裡的水所含的鋰釋放的潛在聚變能量估計相當於大約 40 噸煤。

聚變確實在構成反應堆的材料中產生了一些放射性。 但預計這不會像核裂變產生的放射性廢物那樣持久或強烈——這使其可能成為比傳統核能更安全、更可口的選擇。

歸根結底，羅馬不是一天建成的。 從歷史上看，人類創造力的其他各個方面，例如航空，都需要大量時間才能取得成果。 這意味著取得進展的步驟非常重要，應該得到正確的慶祝。

聚變正無情地向前推進，我們離實現商業聚變能這個曾經遙不可及的夢想越來越近。 有朝一日，它將為許多子孫後代提供近乎無限的低碳電力供應。 因此，雖然它還沒有完全實現，但它即將到來。

Paul Norman 是伯明翰大學核物理高級講師，Lee Packer 是 Culham 聚變能中心應用輻射物理組組長

使用仿真設計核聚變反應堆
世界正在尋求改變其能源來源以減少碳足跡。 該倡議挑戰工程師設計可負擔的可再生能源和核能發電方法。

儘管風能和太陽能是可再生能源，但它們是間歇性的並且取決於天氣。 因此，這些能源無法為世界基礎電力需求提供完整的解決方案。

核聚變反應堆複製了太陽和星星的能量。

然而，有人認為，與風能或太陽能發電場相比，一個核聚變電站可以連續運行並在更小的空間內產生更多的能量。 從理論上講，這使得聚變反應堆成為滿足世界基礎動力能源需求的絕佳選擇。

聚變再現了太陽如何產生能量。 也就是說，它由氫同位素提供燃料，這些同位素在 1 億攝氏度（1.8 億華氏度）下被過熱成等離子體。

儘管這種現像在恆星中很常見，但很難在地球上複製，因為建造一個能夠承受聚變反應的巨大熱量和磁力的聚變反應堆是該技術的關鍵障礙。

 

慈善經濟主義基本理念與行為的使命目標（Mission goals of the basic concept and behavior of charity economicism)，以永續發展生命生存價值最大化為目的（The purpose of sustainable development of maximization of the value of life for the purpose)，生命價值涵蓋範圍有（The value of life Scope)：

 

1‧追求最大化生命生存與精神平衡基本權利 (Pursuit of the fundamental right to maximize the survival of life and spiritual balance or equilibrium)

2‧追求最大化平等教育機會 (Maximize equal educational opportunities)

3‧追求最大化慈善經濟制度（Maximize the charity economic system)

4‧追求最大化慈善經濟權利、自由與機會（Maximize the freedom of opportunity for charitable economic rights)

5‧追求最大化計劃性社會福利制度（Maximize the planned social welfare system)

6‧追求最大化永續綠色地球發展（Maximize sustainable green earth development)

7.追求最大化科技創新與人文精神平衡權利 （Pursure to maximize the balance scientific、technological innovation and humanism)

8‧追求最大化全球和平（The pursuit of maximizing global peace)

9.追求最大化太空宇宙銀河星系慈愛與和平精神（Pursuit of Maximization of Mercy and Peace in the Cosmic Galaxy)

10.追求最大化共享全球之慈愛智慧精神文明 （pursue spirtitual civilization that Maxine’s the love and wisdom of the world.)

IAE國際學士院慈善經濟（全球）「改變」資本主義自利心念思想，「選擇」慈善經濟主義核心理念與行為，「當下」瞬間時空不滅定律：「當下」瞬間選擇慈愛至善心念情境至利他立人行為，自我天天面對資本主義「自利貪婪」市場經濟情境即可改變。胡適之說：「要怎樣收獲，就那樣哉。」，更顯現莎士比亞所說：「希望在何時（當下）何地都是支撐生命的安全力量。

現代經濟公民過去不能掌控或選擇百年前資本主義於西方誕生與實行，未來也不能準確預測或掌控資本主義失衡與失靈經濟災難或將來更大於人類生存的資源不平等分配與精神心靈上的傷害。

選擇「慈愛至善」當下 . 首提出..瞬間時空不滅定律 改變生命路徑**慈善經濟主義（全球）思論*

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