第241話:核融合發電新進展!用史萊姆讓核融合爐硬質化吧!

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如何改善核融合爐的反應條件?把「史萊姆」噴到核融合內壁造成像「戰槌的巨人」一樣的「硬質化」就行了!

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「核融合」被視為夢幻的終極能源,已經講了好幾十年,總是有種「只聞樓梯響」的感覺,本站也報導了不少次相關的新聞,大家都有點聽膩了,也有許多人會反射性的開嘲諷,覺得這些搞核融合的老是打假球,每次都是「重大突破,即將…」然後再度跳票。

雖然如此,還是有一些進展確實的在進行著。核融合是個龐大複雜的裝置,要點燃核融合之火,必須要每一個環節都照顧好才行。不管是「托卡馬克」還是「仿星器」,核融合爐的心臟都有個像甜甜圈一樣的環形空間,加上超強磁鐵的作用,把「氘」(重氫)跟「氚」(超重氫)等核融合燃料的超高溫電漿拘束在裡面。這個溫度必須達到數千萬度到上億度,在此高溫下,電子脫離了原子核的束縛,不再是原子的結構,而是成為「電子與原子核混合物」,即所謂的電漿。

在這種極端的條件下,有個困擾是,環形空間內壁的雜質會跑出來,成為混進氘與氚的電漿中的雜質,這些雜質會造成許多問題——讓核融合反應效率降低、又從被磁場拘束的電漿噴出來損傷內壁,甚至造成電漿崩潰而停機。普林斯頓電漿物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL)於上週(2021/03/31)發表了新聞稿,由 Alessandro Bortolon 領銜的研究中,在不停機的狀態下,由外部直接注入硼的粉末,透過環內超高溫電漿的作用,會把硼推向電漿儲存環的內壁,形成保護層,阻隔了內壁物質進入電漿中,可以減少電漿內的雜質,提升反應效率,並且避免電漿崩潰。

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過去在材料科學中,已經知道將金屬或合金的表面硼化:將少量的硼原子以擴散的方式進入金屬,會在表面形成一層金屬的硼化物,可以大幅提昇材料的硬度,也會讓材料變得非常耐磨。

我們對於硼最熟悉的化合物應該就是「硼砂」了,有點年紀的讀者大概會記得,以前會把硼砂加進貢丸裡,吃起來會又Q又脆,口感極佳,不過由於有害人體,所以已經禁止很久了。不過幾年前硼砂這種東西又流行起來,因為把它加入膠水裡面,可以做出「史萊姆」這種噁心又好玩的玩具,繼「指尖陀螺」之後,在小學生之間形成一股風潮。(現在還有人在玩嗎?)

在國外,硼砂也常拿來做為清潔劑使用,所以PPPL 的新聞稿標題是「Research confirms ingredient in household cleaner could improve fusion reactions」(研究證實家用清潔劑的成分可以改善核融合反應)。第一句話是這樣:

Want to improve your chances of making electricity from fusion? Look no further than the cleaners under your kitchen sink.

(想要提升核融合發電的可能性嗎?不用想太遠,用你家廚房水槽下的清潔劑就行了。)

為了吸引大家來看文章,各個科學機構真是絞盡腦汁啊…(我們也一樣)

不管怎麼說,還是希望核融合趕快實用化,一舉解決所有的能源問題吧!

這個研究,發表於 2020/09/28 的「Nuclear Fusion」期刊。

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普林斯頓電漿物理實驗室新聞稿(2021/03/31):https://www.pppl.gov/news/2021/03/research-confirms-ingredient-household-cleaner-could-improve-fusion-reactions

Nuclear Fusion 論文(2020/09/28):https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abaf31

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