德國成功地啟動核融合反應爐

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受到控制的核融合(一種乾淨,近乎永久的能源)將為整個世界帶來變革。近幾年來,邁向完全運轉的重要一步,也就是高效能的融合反應爐已建造完成,並已於本週達成新的里程碑: 來自於馬克斯普朗克研究中心(Max Planck Institute,MPI)的德國工程師們已成功地啟動其核融合反應,向世人們宣告他們首次有效控制電漿(plasma)。

其16公尺長(相當於52英呎)的試驗性融合反應爐,名為溫德爾施坦因7-X(Wendelstein 7-X,W7X),是當今全球最大型反應爐的其中一座。花費了19年的時間及10億歐元(相當於美金11億,7億1500萬英鎊)來完成,並包含了超過425公噸(470噸)的超導磁鐵,必須被冷卻在絕對零度。如此,仿恆星核心運轉過程得以假設性的產生。

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為了產生能量,極度的高溫是必要的; 比方說,我們所擁有的太陽,其中心俱備了最高可達攝氏1500萬度(華氏2700萬度)的溫度。在這樣的溫度下,及一種被稱做”量子通道”(quantum tunneling)的支援效應,質量最輕元素的原子(氫與氦)會變得活躍。當到達了夠高的“引燃溫度”時,這兩個原子會開始碰撞並融合,釋放出能量及形成較重的元素。

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而在這樣的溫度下,一團難以置信的活躍分子形成了,它們被稱為電漿。核融合其中一個關鍵階段就是要維持這些電漿的穩定,以使核融合能夠持續發生。電漿必須不能接觸到反應爐內的冷卻容器,且因此它也具備了極強大的磁場來控制住它。

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工程師宣布他們最終透過了他們”仿星器”(stellarator)的實驗性反應爐達成了這項工作。僅持續了10分之1秒,一百萬毫克的氦原子樣本受到180兆瓦的雷射脈衝加熱就已達到攝氏100萬度(華氏180萬度)。

位於德國Greifswald的馬克斯普朗克等離子物理研究中心Hans-Stephan Bosch在一篇聲明中說,”我們非常滿意,每樣都照著計畫走”。

雖然永續的氫電漿是終極目標,但團隊此時還是使用了氦元素。專案主持人Thomas Klinger教授這麼解釋,”這是因為用氦更容易造出電漿,我們並不會改變實際的調查對象,直到明年才是氫電漿上場的時候。”

這代表著融合反應所需的眾多步驟之一。這座德國的仿星器將不會真的用來製照任何的能源,它的存在僅僅在於展現出懸浮電漿是可能的。

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懸浮電漿

另一個可行的核融合反應爐的重要特徵是它必須能比初始運作時,創造出更多的能源。很幸運的,去年美國的國家點火設施(National Ignition Facility,NIF)就實現了,但這只是剛開始。

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核融合反應爐設計的對手,託卡馬克實驗(tokamak),目前正在法國由一組多國組成的科學家及工程師建造當中。國際熱核實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)使用了環狀容器的型式。然而,基於一系列的技術問題及持續攀高的建造成本,它還未完成它的第一次實驗,這也也代表著德國仿星器反應爐已突破他們的障礙並取而代之。

來源: Iflscience