《文茜的世界周報》
【ITER (國際熱核實驗反應爐)的項目已經啟動了將近15年,其雄心壯志是掌握氫的融合,反應爐的組裝工作於7月28日星期二在法國南部正式開始。馬克洪總統在組裝啟動典禮上透過視頻發表演說:「有了氫融合,核能將為我們提供無污染,無碳,安全和幾乎無廢料的能源,這將是未來的希望。」
ITER 是在2006年由歐盟(含英國),瑞士,俄羅斯,中國,印度,日本,韓國和美國等35個國家,共同合作的人類歷史上最偉大的科學計劃。這個計畫的基地位於法國南部普羅旺斯地區,旨在通過氫的融合,以「人造太陽」產生無限能量。希望取代化石燃料。近幾個月來,托卡馬克(Tokamak)實驗反應爐的幾個關鍵組件,已從印度,中國,日本,韓國運抵現場。 ITER首席執行官Bernard Bigot表示,組裝過程預計將持續到2024年年底。
這個巨大的托卡馬克反應爐的第一個版本是在1950年代在蘇聯開發的,它會重現自然發生在太陽中心的氫融合反應:具體而言,這是通過將轉化為等離子體的氫的兩種氫同位素的混合物加熱到1.5億度的溫度。從這種融合中產生的中子會釋放出熱量。ITER可以在2025年底至2026年開始生產其第一批等離子體,目前規劃在2025年年底之前進行首次電漿測試
如果加以利用,氫融合將是安全,清潔的能源,使我們擺脫化石燃料的束縛。它是從水和鋰中大量發現的燃料中獲得的,與核裂變反應爐不同,它具有不產生放射性廢物的優勢。國際熱核實驗反應爐是歐洲最大的科研項目之一,自2010年啟動以來已動員了2300名工人,估計費用近200億歐元。】
{內文}
從亙古以來,人類應歸功於全能的太陽,它與地球上的所有生命共享其光輝,但是現在一個由35個國家的團體,比以往任何時候都更接近於解開這顆恆星能量來源的秘密「氫融合」,可以在未來幾千年,為人類提供清潔安全且幾乎無限的能源。太陽之下沒有新鮮事,這句話恐怕將要被推翻。
(ITER 發言人/Robert Arnoux)
在這個空間裡會有一個大型機器,我們將在它的核心點燃一個小型的太陽,簡單來說就是如此,這個小太陽將會產生能源,我們將利用這些能源來發電
這個「人造太陽」就是被稱為「ITER」計畫的國際熱核融合實驗反應爐,在7月29日有了指標性的突破,正式進入為期五年的組裝新階段,ITER基地位於法國南部,是由包含英國的歐盟、中國、印度、日本、俄羅斯、南韓、和美國等 35 國,聯合開發熱核融合的新能源計畫。是在2006年11月21日在法國的愛麗榭宮,七個ITER的合作夥伴啟動了有史以來最龐大的科學計畫,其後很快的挖土機和推土機就進入了準備180公頃土地的階段。歐盟做為ITER設施的主辦方,投入資金約占45%,該研究主要在研究托卡馬克型(Tokamak)核融合的技術與工程。
(ITER 傳播總監Laban Coblentz)
融合的獨特之處在於使它成為絕對完美的能量與裂變不同,不可能發生爐心熔毀
如果反應停止一切都會停止,僅此而已
目前核電廠所採用的是核裂變技術,採用鈾做為燃料,然而運作時會產生有害的放射性廢棄物,核廢料及安全性都是核能電廠不受歡迎的主因。
(英國 First Light Fusion CEO/Nicholas Hawker)
熱核融合基本上和傳統的核能完全相反,核能是把一個重元素分裂來釋放能量,但是最後會因為連續反應的結果而難以控制,熱核融合不是一個連鎖反應,所以它不可能竄離,造成爐心熔毀
國際熱核實驗反應爐將通過融合來釋放能量,就像太陽的心臟是基於氫的融合一樣,既不會發生因融化而失控的事故,也沒有長期的核廢料處置,氫的融合將通過攝氏1.5億度的終極高溫來獲得。
(ITER 首席執行官/Bernard Bigot)
我們現在可以啟動這個新階段,和設計與製造階段平行並進,因為我們最近接收了來自ITER成員國,所有建構托卡馬克反應爐需要的組件,14年之後的2020年七月底,托卡馬克反應爐終於開始正式進行組裝,儘管由於新冠疫情所帶來將近三個月的推遲,但是還是完成了接收特殊組件的關鍵進程
三月份歐盟內部的能源融合機構(Fusion for Energy )畫龍點睛地完成了進行ITER組裝的劇場建設,一個龐大的準備和安裝機器組件的大廳,四月份先是兩個分別重達360噸的環形磁場線圈超導磁體從義大利和日本抵達,五月份是1250噸重由印度提供的低溫恆溫器底座,被成功的放置在托卡馬克反應爐(Tokamak)的豎井之中,六月底由歐洲採購的第一台環形膠體勵磁線圈,也從生產基地中國合肥到達,俄羅斯和美國在ITER關鍵零件的採購上也取得進展,最後由韓國運輸的ITER真空容器的第一部份也運抵法國。
所有組件中的重中之重,就是這個1250噸直徑長達30公尺湯碗型的低溫恆溫器底座,從裝配大樓的入口到最終位置一共有150公尺的距離,安裝時必須再舉升30公尺,然後緩慢降低嵌入托卡馬克反應爐的豎井中,才算大功告成。在疫情期間的安全守則下,要趕上緊迫的組裝進程,失敗在今天,不是ITER團隊的選項。首次使用等離子所需的建築物和基礎設施已完成75%,隨著機器和工廠組件從7個ITER成員國陸續抵達,ITER這個星球上的步伐正在加快,現在開始進行的是世界上最大的三維拼圖,很最複雜的樂高組裝,這個龐然大物可以支撐5400噸的標稱重量,將ITER最大和最重的組件的精確度維持在3毫米以內,對於機器成功運作至關重要。將會使用複雜的光學計量技術進行組裝,預計在2024年底完成低溫恆溫器的封閉,將會是托卡馬克反應爐完成第一階段組裝的標誌,ITER將進行為期一年的綜合調試和測試,目前則規劃在2025年年底之前進行首次電漿測試,數十年來的計劃終於逐步實現。
超過35個國家的合作,三萬人的參與,與上百萬個獨一無二的組件,我們有一個簡單的目標:照亮一條通往新能源的道路。
ITER是國際熱核融合實驗反應爐的英文縮寫,同時也是拉丁文裡「道路」的意思,但是尋找「核融合」的過程是一條漫漫長路,這項計畫已經推遲了五年,相較於最初預算增加了三倍,現已達到近200億歐元。
(ITER 傳播總監/Laban Coblentz)
我們藉由創造一個金屬籠罩,然後裡面有一個看不見的磁性籠罩,來局限我們所稱的「核融合」,這個「磁場局限」的概念我們已經進行了差不多60年,越蓋越大的托卡馬克反應爐,最後我們有了這個ITER計畫
但是這個「人造太陽」卻成為環保主義者不斷批評的對象,甚至包括GreenPeace 綠色和平組織,他們認為這一切不過是海市蜃樓,無法實現的科學神話,更是一個無底洞似的財務陷阱,應該把龐大的預算投資在再生能源上。
(ITER 執行總裁/Bernard Bigot)
再生能源還是有其極限,間斷性和收集上的分散性,無論再生能源的在儲藏上有多大的進步,或者我們如何節省能源,隨著即將超過一百億的地球人口,我們需要一個合適的能源補強
氫融合除了可以替代所有化石燃料,和傳統裂變核能之外的另一個優勢,是可以從水和鋰中提取氫融合所需的燃料,可以說是取之不盡用之不竭,而且一公克燃料釋放的能量等同於八噸石油。
(ITER 執行總裁/Bernard Bigot)
剛開始是一張政治海報,有很大的願景,因為35個國家一起做出了長達四十年的承諾實在很難得,但是當工程開始啟動了以後,我們才真正意識到計畫的複雜性,以及需要更多的資源
ITER可能在2025年底或2026年初開始生產其第一批等離子體,作為實驗性反應爐的ITER實際上不會發電,因此希望可以在五年內進行電漿測試,雖然只能維持幾毫秒而且還需要進一步裝設其他零組件,但可證明托卡馬克反應爐能正常運作。
(ITER 執行總裁/Bernard Bigot)
必須要等到2060年左右才能有第一個發電機,把熱核融合反應爐連接到供電網
在風險方面,根據輻射防護與安全研究所IRSN的研究評估,ITER 氫的兩種同位素之一在環境中擴散的潛在後果,遠遠低於使用傳統裂變核能反應爐的情況,輻射防護安全的專家表示:「即使是最嚴重的事故也無需疏散人員」
(法國總統/馬克洪)
想像一下國際ITER項目的經驗如果成功了,我們將能夠開發無污染 無碳 安全和幾乎無廢料的能源,這些能源將有可能滿足全球所有地區的需求,以應對氣候變遷的挑戰和保護自然資源
馬克洪表示,「世界上最偉大的進步,往往源自於大膽的賭注與坎坷之路」,在全球疫情各說各話分裂與對立的氛圍中,在越演越烈的中美爭霸戰之下,ITER是一個35個國家多邊合作的和平計劃,感謝科學,明天也許比昨天更美好。
https://www.youtube.com/watch?v=qfITA740cNc
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人造太陽核融合 美實驗室重大突破
2013年10月8日
楊芬瑩/綜合報導
英國廣播公司(BBC)8日報導,研究核融合技術的美國國家點燃實驗設施(NIF),9月底跨越重大技術里程碑:核融合實驗釋放的能量,已超過燃料的吸收量,這項突破乃世界首例。自給自足的「人造太陽」核融合反應爐構想,朝實用化目標前進一大步。
目前核融合研究的兩大主流為「慣性約束核融合」(ICF)與「磁控電漿核融合」(MCF),前者以雷射誘發升溫進而產生核融合反應,NIF的研究便屬於此類,擁有全球規模最大、能量最強的雷射系統,號稱「人造太陽」,能夠模擬太陽等恆星內部的物理反應。
科學家透過192個巨型發射器,同時發射192道雷射脈衝,集中於不及胡椒粒大小的腔體(hohlraum),瞬間竄升的高溫高壓,威力足以融合腔體內的氫同位素,釋放相當於小型氫彈的龐大能量。不到1億分之一的雷射能量,就可產生500兆瓦的電力。
長久以來,類似實驗的雷射輸入能量,往往大於核融合反應釋出能量,生成效率不足以作為發電使用。核融合反應必須達到科學家所說的「起燃」(ignition)標準──反應釋出的能量大於觸發反應所需的能量(包括系統消耗的能量),亦即核融合反應釋出的能量,必須大於雷射所注入的能量,核融合才能運用於發電。
上述起燃標準看似簡單明瞭,科學家努力了60多年仍無法突破,直到NIF宣布其研究成果,實驗室核融合釋出的能量,相當接近計算出來的預估值,對於核融合的推動也帶來莫大鼓舞。
位於美國加州勞倫斯利福摩國家實驗室(LLNL)的NIF, 2009年完成雷射系統的設置後,原先打算在2012年10月前,證明核融合產生的能量淨值大於零。然而,4年來科學家遭遇的重重技術難題,反應爐釋出的能量,始終低於數學模式的估值。
其他從事核融合研究的大型機構,還有國際熱核實驗反應爐計畫(ITER)耗資140億美元(約新台幣4110億元)正在興建的法國卡達拉須(Cadarache)建實驗性環磁機反應爐。英國、法國、俄國、日本、中國等國家,也都有設立實驗型核融合爐的計畫。
其中ITER選擇MCF模式,以超導磁鐵將氫同位素聚集在一起,加熱到攝氏1.5億度,將電漿聚集數十甚至數百秒,持續產生能量,也應該可以產生巨大的淨能量效益。
影片:美國國家點燃設施以192道雷射光束集中於放置固態氫同位素的微小腔體上。
https://www.youtube.com/watch?v=CgdSVt6vHV0
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【時間索引】
00:00 開場
02:47 fission reactorcraft 事前作業與鈾燃料介紹
08:27 設置鈾燃料處理產線
16:59 離心機的轉速差異
20:32 結尾
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曲:Absolute Zero
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源:Planet Traveler feat.初音ミク
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先備知識:
1.同位素的概念。
影片重點:
1.氫有三種同位素,分別是氫(H)、氘(D)、氚(T),都含有1個質子,分別含有0,1,2個中子。
2.重水是由兩個氘與一個氧結合而成,其沸點、凝固頂、密度都高於水。
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