科技通識|甚麼是核聚變?為何能成為「終極理想能源」?

撰文︰晨希

  核聚變,這個聽起來高科技又離我們很遙遠的詞,被寫入了國家「十五五」規劃綱要,並被列入未來產業發展方向。2025以來,核聚變賽道一級市場融資超過了一百億元,正在加速商業化落地。核聚變究竟是怎樣的呢?為甚麼要用核聚變能?

  簡單來說,核聚變就是模擬太陽內部的能量產生過程——將氫的同位素氘和氚,在極高溫高壓的環境下聚合為氦,這個過程會釋放大量能量。這種能量就是宇宙中恆星(如太陽)發光發熱的能量來源,因此又被稱為「人造太陽」。

  我們常聽說的「核電站」的能量來源是核裂變。那核聚變與核裂變相比有甚麼優勢呢?核聚變能為甚麼能成為「終極理想能源」?

  一方面,核聚變燃料非常豐富,也很容易獲得——海水。每公斤海水中的氘所含能量相當於300升汽油,按目前的消耗速度還可以滿足人類數百億年的需求。核裂變的原料屬於稀有礦產,全球儲量有限。而且在相同質量的原料下,核聚變釋放的能量遠高於核裂變,也就是說,核聚變的效率遠優於核裂變。

  另一方面,核聚變安全性更高,一旦脫離了高溫高壓等反應條件,聚變過程會立即終止,不會產生長壽命核廢料。而核裂變反應後會產生放射性廢料,需要特殊處理以防核洩漏風險(如福島核洩漏事件)。

核聚變反應過程
核聚變反應過程示意圖。(網上圖片)

  可以說,核聚變能清潔又安全,是理想的「零碳能源方案」,足以將人類從能源危機中徹底解放。這麼優質的能源,為甚麼我們現在還沒有用上呢?

  阻礙核聚變落地的最大原因,就是它的反應難度極高。核聚變需要極高的溫度和壓力來克服兩個原子核之間極強的互相排斥力。太陽就是靠巨大的引力產生極高壓力,在1500萬度的高溫下進行聚變反應。但在地球上,我們造不出那麼大的壓力,只能用溫度來補——需要把氫等離子體加熱到1億度以上。

  地球上沒有任何鍋爐能裝1億度的東西,於是科學家就研究出「人造太陽」實驗裝置,已經實現了短時間的聚變反應。但要讓它像發電廠一樣穩定輸出能量,還有一定距離。

核聚變裝置
中國新一代核聚變裝置「中國環流器二號M裝置(HL-2M)」2020年在成都建成,在2022年突破1兆安放電,創造了中國可控核聚變裝置運行的新紀錄,這也標誌着中國核聚變研發邁出重要一步,技術水平位居國際前列。(網上圖片)

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