中國人造太陽懶人包：聚變能源比核能安全不會核爆
發布時間： 2020/12/09 20:21
最後更新： 2020/12/09 20:21
▲ 【中國人造太陽懶人包】聚變能源比核能安全不會核爆
中國「人造太陽」中國環流器二號M裝置（HL-2M）在四川成都建成，並順利展開首次發電試驗。「人造太陽」是人類研究和嘗試掌握核聚變能源（聚變能）的裝置，聚變能比傳統核能更為強大，卻沒有核能的壞處，有望一舉解決人類今後多年能源需求。那麼聚變能與核能有何分別？聚變能又有否引發類似氫彈爆炸的風險？
- 聚變能是甚麼？
聚變能（fusion power）是採用核聚變原理，提供能量的能源，運作與太陽以及其他恆星類似，因此聚變能裝置俗稱「人造太陽」。
聚變能嚴格上也是核子能源的一種，但語文用法一般都把兩者分拆以資識別，傳統核能仍稱「核能」。
- 聚變能與核能有何分別？
核能背後原理是核裂變（nuclear fission），也就是將較大的原子打散成較小的原子，以獲取過程中釋出的能量。
聚變能所用的核聚變（nuclear fusion）則相反，把較小的原子結合成較大的原子。
無論是核聚變，還是核裂變，輸出的原子質量都比輸入的小，「失去了」的部分則化為了能量。
- 聚變能為何勝過核能？
強力：核聚變是太陽發光發熱的原理，可想而知有多強大。聚變能在同等質量原料下，釋放能量是核能的4倍（更是化石燃料的400萬倍，同時不會釋放溫室氣體）。
乾淨：核能會產生無法繼續提供足夠能量，但會持續釋放有害輻射成千上萬年的核廢料。聚變能主要副產品是氦（helium），這是一種無毒的惰性氣體；另一種副產品氚（tritium）即使有輻射亦很弱，而且維持時間短。
安全：聚變能不涉及連鎖反應，無法像日本福島、蘇聯切爾諾貝爾或美國三里島一樣發生核事故災難。聚變能一旦失去穩定，也只會因為失去所需的極高溫而停止運作。
- 氫彈不就是核聚變武器嗎？
沒錯，但聚變能發電與氫彈原理卻不盡相同，不會如氫彈般核爆炸。
氫彈雖是將氫原子結合為氦原子的核聚變武器，但氫彈內部必須備配原子彈作為起爆裝置。原子彈是核裂變武器，以連鎖反應來提供足夠能量觸發核聚變反應，引爆氫彈。
聚變能所用燃料以及輸出副產品，都不涉及可以用作核武器的物質，沒有核能和核武的安全問題，也無核擴散之憂。
- 聚變能這麼好用，為何不早用？
人類至今尚未找到，能長期維持核聚變過程處於受控穩定狀態的辦法。核聚變技術應用仍停留於不可控的氫彈爆炸，頗是尷尬。
目前「人造太陽」技術所能維持的穩定核聚變時間，都以秒來計算。中國環流器二號M裝置能維持10秒，在國際上已算很長。
- 人造太陽怎樣維持核聚變穩定？
人造太陽技術現時有2大主流。
托卡馬克（Tokamak）：又稱磁局限融合（magnetic confinement fusion）、磁環機，利用磁場來約束等離子體（又稱電漿，即太陽上物質的狀態），使之形成一個環形，並維持當中極高溫度，保持核聚變作用。中國環流器二號M就是托卡馬克式裝置。
慣性局限融合（inertial confinement fusion）：以鐳射照射等離子球，使之外層爆裂，並形成對內反作用力，維持高溫高壓的核聚變作用環境。美國「國家點火設施」（NIF，National Ignition Facility）就是使用慣性局限融合技術的裝置。
- 人造太陽技術有多難？
中國環流器二號M裝置項目負責人劉永指出，要實現可控核聚變反應，必須滿足3個苛刻條件。
一是溫度要足夠高，使燃料變成超過攝氏1億度的等離子體。相比下，太陽內部溫度「只有」1,500萬至2,000萬度。
二是密度要足夠高，這樣等離子體內物質原子核互相碰撞、釋放能量的概率才足夠大。
三是等離子體在有限的空間裏，受約束的時間要足夠長。 一旦沒法約束等離子體，它就會散開迅速降溫，無法維持核聚變作用。
- 哪些國家在搞人造太陽？
國際熱核聚變實驗堆（ITER，International Thermonuclear Experimental Reactor）計劃是目前全球規模最大的人造太陽計劃，參與國家合共35個，基本上就是全部在研究人造太陽技術的國家。
ITER計劃正式成員包括中國、美國、俄羅斯、日本、南韓、印度，以及歐盟27國，另外澳洲、哈薩克以非成員身份參加。
ITER計劃正在法國南部馬賽以北小鎮Saint-Paul-lès-Durance，興建全球最大的托卡馬克裝置，預料2025年開始實驗。中國環流器二號M裝置現在建成，有利為ITER計劃提供技術支撐。
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責任編輯：連兆鋒
