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什麼是「人造太陽」(可控核聚變(融合))─科技與智慧(17)

更新於 發佈於 閱讀時間約 7 分鐘
作者:陳華夫
據媒體2020/12/4日的報導,中國核工業集團(中核)的新一代「人造太陽」裝置—中國環流器二號M裝置(HL-2M),在四川成都實現首次放電,此裝置由20組環向場線圈中心段組件,和中心螺旋管線圈裝配而成,總體重量約90噸,被稱為「人造太陽」,它的成功發電顯示了乾淨能源解決地球暖化、極端氣候危機的曙光。(按:核裂變(nuclear fission)原子彈以及核電廠的能量來源,如2020/11/27日全球首此反應堆並網成功的「華龍一號」,但核能發電有核廢料污染及排熱廢氣的問題。)
中國所稱的「核聚變」,就是西方所謂的「核融合」(nuclear fusion),在氫的三種同位素1H(氕)、2H(氘)、3H(氚)中,後兩者,氘核與氚核,核聚變(融合)成氦(He),產生巨大的能量,模仿太陽發光發熱原理,所以,可控「核聚變」裝置又被稱為「人造太陽」。下圖顯示氘核與氚核的核聚變(融合)反應示意圖:
(圖片資料來源:「核融合」(nuclear fusion)
(按:SLM(Selective laser melting,選擇性雷射熔化)3D列印技術已用在核聚變(融合)領域,通過對聚變堆核心部件─產氚陶瓷單元─結構的優化,有利於獲取核聚變(融合)反應所需的氚核,見深大80后教授的3D打印创新探索:用于人体骨骼和核聚变?。)
此核聚變(融合)反應所放出的能量,根據愛因斯坦方程 E = m x c (2次方)等於反應中粒子的總靜止質量的減少等值的17.59 MeV。這種核聚變(融合)反應所釋放出的能量比任何化學反應(如「燃料引擎」中爆炸燃燒)大的多。
使用核聚變(融合)技術發電的研究已經進行了60多年,其關鍵在核聚變(融合)反應的控制,最先進的兩種控制方法是磁約束(托卡馬克(Tokamak環形設計)慣性約束(激光設計)。(見人造太陽: 慣性約束-雷射核融合 )
一項國際核聚變研究和工程重大項目是國際熱核融合實驗反應爐(ITER ,International Thermonuclear Experimental Reactor),它是世界上最大的磁約束等離子體物理實驗,其目標是證明和平利用聚變能的科學和技術可行性,並隨後支持全球核聚變產業,該項目是由七個成員實體資助和運行,歐盟、印度、日本、中華人民共和國、俄羅斯、韓國和美國。歐盟作為ITER設施的主辦方,貢獻的費用有45%左右,其他六方各貢獻約9%。
中國的可控核聚變(融合)需要超高溫、超高密度等條件,採用先進托卡馬克(Tokamak)裝置,及更先進的結構與控制方式。等離子體體積達到中國現有裝置2倍以上,等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上,等離子體離子溫度可達到1.5億度,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行。
人類的「人造太陽」夢,始於60年前,45.7 億歲的太陽不斷以核融合釋放光和熱,如今模仿同樣原理的中國環流器二號M裝置(HL-2M)成功發電,召示了乾淨能源紀元的開始,「人造太陽」可能解決地球暖化,極端氣候危機。
氦-3同位素之一,元素符號為3He。它的原子核由二顆質子和一顆中子所組成。是穩定同位素。其相對豐度是0.000137%。一般相信,月球表面的風化層(表皮土)富含著大量的氦-3。中國嫦娥五號2020/12/17日返回器攜帶2公斤月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸,未來中國將可能開發月球氦-3在「人造太陽」的應用。
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思想家─理解、解釋、預測世界。發表:9篇「深度政經分析」、6篇「現代開悟之洞識」、10篇「學習的本質」、13篇「美中關係」、4篇「驀然回首」、21篇「文學與藝術」、36篇「科技與智慧」、9篇「圍棋的本質」、40篇「美中經濟」、28篇「美股的本質」、12篇「美聯儲的本質」、12篇「貨幣及美元的本質」,共201篇。
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