1億℃維持20秒 南韓改寫世界紀錄 人造太陽 打造終極能源

編譯韋士塔 |2021.01.09
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南韓KSTAR超導核融合裝置,讓攝氏1億度的高溫電漿體維持20秒,改寫歷史紀錄。圖/美聯社
研究人員監控超高溫電漿體的核融合過程。圖/法新社
KSTAR超導核融合裝置,被稱為「人造太陽」。圖/法新社

編譯韋士塔

核融合技術是各國科學家追求的能源里程碑,這種「人造太陽」若能實現,將達成乾淨能源的終極目標。

核融合技術是指透過特定條件(例如超高溫、高壓),讓較輕的原子核結合成較重的原子核,過程中會釋出巨大能量。最廣為人知的自然界核融合,就是太陽;太陽中心溫度高達攝氏1500萬度,能把氫原子轉變為氦原子,並產生能量,散發光和熱。

目前常見的核電廠採用核分裂技術,雖然能產生穩定與龐大電力,但運作時產生的放射性廢棄物、核廢料、安全性,都讓核分裂電廠的存續產生爭議。核融合技術則是把氘與氚原子置於高溫或高壓下,透過聚合反應產生大量能量來發電。

氘是氫的同位素,可從海水提取,也能透過中子撞擊鋰而獲得,這表示核融合燃料的取得相對容易。此外,核融合的放射性汙染較低,且沒有碳排放等問題。若能掌握核融合技術,將可顛覆能源產業。

因此,許多國家已全力投入研發核融合技術,希望打造一座能量足以媲美恆星的核電廠。最知名的案例之一是由歐盟、中國大陸、印度、日本、俄羅斯、南韓和美國等7大經濟體打造的全球最大核融合實驗反應爐「國際熱核融合實驗反應爐」(ITER);這項計畫已進入反應爐組裝階段,目標是在2025年進行首次電漿測試,證明核融合技術的供電潛力。

另外,中國大陸「中國環流器2號M裝置」(HL-2M),也在2020年12月完成首次放電,電漿溫度達攝氏1億5000萬度,象徵中國大陸已掌握核融合反應爐的設計、建造和運轉技術。

南韓則在2020年12月下旬刷新世界紀錄,南韓融合能源研究所(KFE)的KSTAR研究中心表示,該中心與首爾大學及美國哥倫比亞大學合作,成功讓「托卡馬克型」(Tokamak)核融合反應爐把離子電漿加熱到攝氏1億度,並維持運轉20秒,不僅締造新的運轉時間紀錄,還超越了太陽核心的溫度。

2018年,KSTAR的反應爐曾繳出運轉1.5秒成績,2019年提升至8秒;如今他們再次延長運轉時間,也定下以攝氏1億度以上穩定運轉300秒的最終目標。

KSTAR研究中心表示:「長時間運轉是這項技術的關鍵,也是未來讓核融合反應爐商業化的關鍵;自2008年以來,我們研發出最新技術並持續改善,平均每年進行2000次到3000次實驗,終於有所突破。」

南韓融合能源研究所所長柳碩在(Suk Jae Yoo,音譯)表示,預計在2021年5月的國際原子能總署(IAEA)核融合大會上,與全球研究人員分享重要的實驗成果。他說:「KFE很榮幸取得如此重大的成就,KSTAR裝置是高性能、穩定融合的重要基礎,我們將繼續進行各種舉具有挑戰性的研究,實現核融合發電的遠大目標。」

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