Steven Cowley 談核融合是能源的未來希望

Steven Cowley on Fusion is energy's future

物理學家Steven Cowley可以肯定,核融合是燃料危機唯一、且真正的永續解決方法。他解釋了為什麼核融合可行,以及這個計畫的細節。他和其它許多人窮其一生精力,與時間賽跑,以創造一個新的能源來源。

講者介紹

Steven Cowley

Steven Cowley領導英國最頂尖的核融合研究中心。近期,他將領導新的實驗,這個實驗可能使廉價的融合能,成為具商業規模的產品。

對核融合的期許,所激發出的科幻小說靈感,似乎比它於可再生能源方面真正的發展還多。但Steven Cowley已開始打破這種平衡。身為Culham核融合科學中心的計畫主持人,他與英國原子能總署,及法國ITER(國際熱核實驗反應爐)核融合裝置基地的研究人員合作,致力於一項計畫,結果可能引領廉價且幾乎是無窮的無碳能源發展。

譯者介紹

翻譯人員洪曉慧

繁體編輯朱學恒、洪曉慧

簡體編輯朱學恒、洪曉慧

檔案後製處理洪曉慧、謝旻均


Steven Cowley 談核融合是能源的未來希望

  • 關鍵問題是,「我們何時能達成核融合反應?」自從我們知道核融合開始,確實已有一段漫長的時間了。從1920年,當愛丁頓爵士和英國科學促進協會推測,這就是太陽光為何會發光時,我們開始知道核融合。

    我一直很擔心資源。我不知道你們怎麼想,但當我母親給我食物,我總是從我不喜歡的開始,排列到我喜歡的。我先吃不喜歡的,因為你會想要保存喜歡的。我是一個總是擔心資源的孩子,當有人告訴我,我們將多快就用盡了世界的資源,我變得非常苦惱,就像是,當我瞭解到地球只能再生存50億年,便會被太陽吞噬掉一樣苦惱,這是我生活中的大事件,還真是個奇怪的孩子(笑聲)。

    目前來說,能源主要來自於資源。許多國家花了很多資金,將能源從地下採出。本國的燃煤供電工業革命-如石油、天然氣,抱歉(笑聲),天然氣等。當普丁先生關閉天然氣閥門時,我可能是唯一真正開心的人,因為我得到的預算也升高了。

    我們現今正受制於其的東西,就是我們越來越快將其用盡的東西。當我們試圖使生活在第三世界、或發展中國家的幾十億人擺脫貧困,我們使用能源的速度也越來越快;而這些資源正在消失。未來製造能源的方式,不是來自於資源,而是來自於知識。如果你看看50年後的未來,我們製造能源的方式可能是這三者之一:(核融合、核分裂、太陽能),加上使用風力,或其他方式,但這些將成為能源驅動的基載。

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  • 太陽能是可行的。我們當然必須發展太陽能,但我們還需獲得很多知識,才能使太陽能成為世界能源供應的基載。核分裂;我們政府將建造6個新的核電廠,他們將建造6個新的核電廠,之後可能更多。中國正在建造核電廠;大家都是。因為他們知道,這是一個確保得到無碳能源的方法。

    但如果你想知道,什麼是完美的能源?完美的能源不佔太多空間、幾乎取之不盡、安全、不會釋放任何碳到大氣中、不會留下任何長存的放射性廢物,它就是核融合。但有一個困境;當然,總會有一些困境。核融合很難達成。我們已不斷嘗試了50年。

    Okay,什麼是核融合?要來談核物理學了。抱歉,但這讓我感到很興奮(笑聲),我是個奇怪的孩子。產生核能的原因很簡單,最穩定的是鐵原子核,它就在元素週期表中央,它是一個中型原子核。如果想獲得能源,就必須朝鐵的組態進行。因此,鈾非常大,它傾向於分裂;但小原子傾向於結合在一起。小原子核傾向於結合在一起,以形成近似鐵的大原子。

    你可以由這種方式得到能源。事實上,這正是恆星進行的方式。在恆星中心,氫結合形成氦,氦結合形成碳,再形成氧;所有物質的形成都在恆星中心進行。但這是一個艱難的過程。因為,如你所知,恆星中心相當熾熱。從定義上看來似乎如此。這裡有個反應,或許是最簡單的核融合反應,就是氫的兩個同位素之間的反應。這兩種氫,其一為氘,它是重氫,可由海水獲得;而氚是超重的氫。

    當這兩個均帶有電荷的原子核相距遙遠時,將它們推近,會使它們彼此相斥。但是當你使它們足夠接近,某種所謂的強大力量開始作用,將它們拉在一起。因此,它們大多時候是相斥的。你使它們愈來愈接近,然後在某一點上,強大力量將它們拉在一起,一會兒,它們成為氦5,因為其內會有五個粒子。

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  • 這就是其過程。氘和氚結合在一起形成氦5,當氦分裂,釋出一個中子,也釋出大量能量。如果你能使某種東西達到約 1.5億度,粒子會很快的彼此碰撞。當每次碰撞都在恰到好處的結構位置時,這將會發生。它將釋放能量,這就是所謂的核融合能,這就是我們想要達成的反應。

    關於這個反應有個棘手處。嗯,有個棘手處-你必須使它達到 1.5億度。但還有一個關於反應的棘手處-它相當熾熱。關於反應的棘手處是-氚不存在於自然界中,你必須由別的東西來製造它;你可由鋰來製造它。這個反應寫在下方(鋰與中子作用產生氚)。這是鋰 6,加上一個中子,會產生更多的氦加上氚,這就是製造氚的方法。幸運的是,如果你能夠進行這個核融合反應,就會得到一個中子,所以你可以做到這一點。

    為什麼我們非要費心去做這個呢?這就是基本上為什麼我們要費心這麼做。如果畫出我們還剩下多少燃料,以目前世界消耗量為單位,經由這個,你可以看到只剩下幾十年的石油量-補充一下,這條藍線是現有資源的最低估計,黃線是最樂觀的估計。

    經由這個,你會看到只剩幾十年,也許只剩100年的化石燃料。天知道我們真的不想將其燃燒殆盡,因為它會在空氣中產生極大量的碳。我們來看鈾,以目前的反應爐技術來說,我們確實沒有很多的鈾,我們將必須從海水中提取鈾-就是這條黃線,以使傳統的核電廠能確實對我們貢獻良多。這令人有點震驚,因為事實上,我們政府依賴它來使我們遵守京都協議,並竭盡所能進行這類工作。

    若要有更多進展,就必須擁有增殖技術。增殖技術-就是快速滋生。那是相當危險的;最重要的一項在右邊,就是世界上存有的鋰。鋰存在於海水中,就是那條黃線;在海水中,我們還有相當於三千萬年的核融合燃料,大家都可以獲取它,這就是為什麼我們想要進行核融合!它是否具有成本競爭力?根據估計,我們認為實際上建造一個核融合電廠的成本,不超過相當於目前電力的價格。

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  • 我們將如何做呢?我們必須使某種裝置保持在1.5億度。事實上,我們已完成了,我們用磁場來維持它。在其內部,就是這個環形,甜甜圈形中心,其中心為1.5億度,它的中心在1.5億度保持沸騰狀態。我們確實能夠達成核融合,這正在預期中進行。這是JET,它是世界上唯一能實際進行核融合的機器(JET,世界上最大的核融合實驗)。

    當人們說核融合是30年後的事了,必定如此…。我說:「是的,但我們確實已經完成了」,對嗎?我們能夠做到核融合。在這個裝置的中心,我們在1997年製造了1600萬瓦的核融合能。在2013年,我們會再次將它啟動,並打破所有紀錄。但這並不是真正的核融合能。這只是使一些核融合發生。我們必須做這些,我們必須使它成為一個核融合反應爐,因為我們希望為地球獲得相當於三千萬年的核融合能,這是我們正在建造的裝置(ITER:國際熱核實驗反應爐)。

    做這個研究是非常昂貴的。事實證明你無法就在桌面上進行核融合。除了那些關於冷核融合的無稽之談。對嗎?你無法這麼進行,你必須在一個非常大的裝置中進行,世界一半以上的人口參與建造這個裝置。就在法國南部,這是個進行實驗的好地方。七個國家參與建造工程,這將花費100億美元,我們將生產五億瓦的核融合能;但這還不是電力。我們必須建造這個(EU發電廠),我們必須建造一個發電廠,我們必須用這個非常複雜的技術,開始把電力放到電網中。我非常希望它能比實際所需的時間更快成真,但目前我們所能想像的,是在2030年代的某個時刻。

    我希望會有所不同,我們目前確實需要它。在未來5年中,本國將面臨能源問題;2030年似乎遙不可及,但現在我們不能放棄,我們必須向前邁進,使核融合成真。希望我們有更多的錢,更多的資源,但我們正以此為目標:在2030年代的某刻-真正有來自核融合的電力。非常感謝(掌聲)

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