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美研核能大突破 無限零碳新希望

By on December 14, 2022

原文刊於信報財經新聞

美國能源部宣布核能研究取得重大突破;圖為加州勞倫斯利佛摩國家實驗室。(路透圖片)

美國在核聚變技術上取得了重大突破,能源部周二公布,旗下位於加州的勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)在核聚變試驗中,首次獲得淨能量增益(net energy gain),即產生的能量比投入的多,意味世界朝無限量生產零碳能源的「人造太陽」邁進了一大步。

核聚變和恒星產生能量的過程相同。LLNL在國家點燃實驗設施(NIF)進行「慣性約束聚變」(inertial confinement fusion)試驗,用大約200部激光機組成全球最大的激光發射器,把氫原子加熱到華氏1.8億度(約攝氏1億度)以上,在施加比地球大氣氣壓高出超過1000億倍的壓力,氫原子在這種情況下熔化成氫電漿(hydrogen plasma),繼而產生核聚變反應,釋放出大約2.5兆焦耳(megajoules)的零碳能量,為激光2.1兆焦耳能量的差不多120%。

LLNL用大約200部激光機組成全球最大的激光發射器。(LLNL網上圖片)

人造太陽可望實現

相比之下,NIF去年所做的核聚變試驗只產生1.37兆焦耳的能量,大約是激光能量的70%,但當時已是最接近淨能量增益的紀錄之一。

自上世紀五十年代以來,物理學家一直嘗試,但無法達到淨能量增益,這次LLNL成功做到,意味地球有望建立一座可生產與太陽媲美的商業發電廠,儘管這應該是很多年以後的事,但無疑為生產無限零碳能源帶來了新希望。

吸引數十億美元投資

核聚變與現在廣泛用於商業核電站的核裂變(nuclear fission)不同。核裂變通過分裂原子產生能量,但也會產生放射性廢物,而且雖然已經商業化了幾十年,但只佔世界產電量10%,遠遠低於煤炭和天然氣。

核聚變技術吸引了數十億美元的投資,亞馬遜創辦人貝索斯(Jeff Bezos)、微軟創辦人蓋茨(Bill Gates)和PayPal創辦人蒂爾(Peter Thiel)等知名投資者都有參與,近年亦開始得到主權財富基金、國家開發銀行和風險資本家的青睞,反映這種潔淨能源技術得到更認真的對待。

氫原子加熱到約攝氏1億度以上,施加比地球大氣氣壓高出超過1000億倍的壓力,再熔化成氫電漿,繼而產生核聚變反應。(LLNL網上圖片)

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