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缺電、輻射、核廢料有解嗎?「核融合發電」有可能嗎?

缺電、輻射、核廢料有解嗎?「核融合發電」有可能嗎?-PanSci 泛科學

記得《蜘蛛人》八爪博士「觸手」的由來,是為了打造安全出一個「核融合反應爐」嗎?現實中,現行核能發電採用「核分裂」技術,卻因重大核子事故與核廢料問題蒙上一層陰影,因此更為乾淨、危險性低的「核融合發電」,讓比爾蓋茲、傑夫貝佐斯都傾力投入大筆資源開發!

究竟核融合與核分裂的差異何在?實現核融合發現的關鍵技術有哪些?這樣發電就不會產生核廢料了嗎?為何現行技術還難以進行商業發電?本集讓我們把「觸手」伸進核能領域,一起深入瞭解核融合發電的現況!

0:00 八爪博士是核能科學家!
0:54 核融合反應爐能解決核能問題?
1:48 核反應的原理
3:16 核融合發電的優點與困難
4:22 核融合也有核廢料嗎?
5:27 核融合發電的優勢:燃料
6:14 核融合發電的現實
7:32 在你家車庫做得出反應爐?

延伸閱讀:
尋找小尺度粒子為什麼需要對撞機?跟核融合又有什麼關係?
https://pansci.asia/archives/171621
311 地震後,我們可以了解福島核電廠的什麼事?

311 地震後,我們可以了解福島核電廠的什麼事?——《福島第一核電廠廢爐全紀錄》導論


放射性廢棄物如何處理?廢爐需要大家共同思考
https://pansci.asia/archives/157123

PanSci泛科學與你探索公眾議題中的科學、生活中的科學、科學新發現!

頻播放長度09:27

視頻發布於2022-02-25 19:00:12

視頻網址:https://www.youtube.com/watch?v=Z8oAqy8pWMs

17個評論在"缺電、輻射、核廢料有解嗎?「核融合發電」有可能嗎?"

  1. 人類科技目前核融合的成功範例就是氫彈,但是只能讓能量一瞬間完全爆發,摧毀一大塊區域後就消失了。
    如果核融合電廠能做出來,幾乎可以完美解決目前人類的能源需求。就結果來說,真的很令人期待。
    但這個目標就等同製作一個小太陽….. 總之只能請科學家繼續加油……. ?

    1. Jjter是平平子的插頭

      @TNE 感覺核融合反而變成吃電怪獸反而不能產電才是無法商轉的主因。

    2. @TNE 關鍵就是規模 所以像太陽那麼大的規模 核融合就好搞. 人類可能永遠搞不出可商用的核融合.

  2. 人類科技目前核融合的成功範例就是氫彈,但是只能讓能量一瞬間完全爆發,摧毀一大塊區域後就消失了。
    如果核融合電廠能做出來,幾乎可以完美解決目前人類的能源需求。就結果來說,真的很令人期待。
    但這個目標就等同製作一個小太陽….. 總之只能請科學家繼續加油……. ?

    1. Jjter平平子的電吉他

      @TNE 感覺核融合反而變成吃電怪獸反而不能產電才是無法商轉的主因。

  3. 發現很多人好像真的對核融合技術很感興趣,卻又有不少迷思,像是”知道”核融合技術很困難,但究竟多困難?有哪幾種困難?卻好像不多人關心。
    雖然影片最後有提到下次要講核融合反應爐的種類,不過我想提前在此分享一些科學討論應該也沒關係吧?

    1. 輸出能量大於輸入能量:
    個人覺得影片中拿Q值來討論核融合其實有點言之過早。就我所知,目前核融合試驗技術只有聽說美國國家點火實驗室(National Ignition Facility, NIF)達到了輸出能量大於輸入能量。我解釋一下他們的做法:NIF是將核融合原料-氫,包裹於一顆燃料球中,利用雷射引爆燃料球以產生爆震,以爆震抵達球心時產生的瞬間高溫高壓觸發核融合反應,而所謂的輸出大於輸入也僅僅只是核融合產出的能量高於引爆燃料球所需的能量,並沒有計算產生這些雷射的設施背後所耗費的能量。更不用說如何能夠將球心中的核融合能量導出以為發電使用了。類似這樣的核融合方式被稱為慣性侷限核融合(Inertial Confinement Fusion),特色就是利用爆震發生的位置,例如球狀、柱狀表面,引導震波同時抵達的瞬間產生高溫高壓達到核融合條件。

    2. 電漿:
    電漿就是物質在高溫高壓的環境中完全解離的狀態,也有人稱這是物質第四態。太陽的核心就充滿了高溫高壓的電漿。電漿中的粒子包括電子、質子、中子等等,由於高溫的關係,這些粒子的運動速度極快,因此很難控制在特定的範圍。目前的核融合反應爐主要是透過強磁場來控制電漿的流向,最好的設計就是做成一個甜甜圈的形狀讓電漿在裡面繞著轉,然而由於電子跟質子的電荷一正一負,因此兩者順著磁力線以相反方向螺旋行進,並且加上甜甜圈本身外圈大於內圈的特性等等,要將這些電漿侷限在固定的空間內保持運行並不是件容易的事,它們很容易會逸散出去導致反應中斷。再者,萬惡的中子由於不帶電荷,很容易會輻射出去侵蝕外壁,因此需要特殊的材料來吸收中子,同時不能干擾到反應的進行。
    因為以上這些原因,實際上的熱核融合反應爐設計十分複雜,你可以考慮把整個甜甜圈加大,像是在法國的ITER,從而增加電漿容量,一方面也降低磁場控制的難度;或者像德國的仿星器Wendelstein 7-X採用精密複雜的磁場結構。另外一方面,磁場強度的維持也是需要超導材料研究的幫助。

    3. 反應物質:
    一般而言最主要的核融合物質是用氫與其同位素氘和氚,這是因為它的反應溫度需求較低,然而氫核融合有許多麻煩的地方,其中最主要的問題就是中子輻射問題。中子是一個相當不穩定的粒子,與其它物質結合後可能造成物質轉變,長期下來會對反應爐造成結構上的破壞。因此有些核融合反應便考慮使用其它元素來進行,唯一的問題就是需要達到更高的反應溫度。
    我看過比較多的方式是採用質子與硼原子(p + B-11)的核融合反應,然而這樣的反應溫度比傳統的氘氚反應溫度要高上將近十倍,無法用類似甜甜圈那樣的方式來達成;但好處則是幾乎沒有中子問題,而且也不需要強磁場來控制。通常是利用高能雷射製造硼電漿與質子對撞來達成核融合條件。

    4. 目前的核融合技術發展階段:
    先不要講什麼商轉了,目前各個實驗都在拚維繫高溫電漿的時間能夠達到多長,最長紀錄是中國大陸的EAST(算是一個小型的ITER)維持七千萬度高溫電漿達到17分36秒,然而這也並不保證核融合反應能夠穩定進行,因為實際情況還得視電漿密度而定,這也是為什麼德國的W7-X設計要那麼複雜,就是為了保持電漿的高密度。

    在留言區我發現很多人喜歡拿太陽能來跟核融合進行比較,講得好像太陽就是個天然的核融合反應爐,所以開發太陽這個”天然的核融合電廠”就夠了。然而實際上根本不能這樣類比,太陽能發電的原理是光電效應,跟運用熱能產生蒸氣推動渦輪的原理是截然不同的;不然你乾脆別用火煮飯了,直接用太陽把食物烤熟不就成了?

    1. @s K
      你腦子會不會太簡單啊?……你說的那種幼稚園小班之數字比大小,世上只有你獨會? 在NIF的那些美國博士,都像那個中國小學清華博士一樣傻?
      思索過以上這兩個簡單的問題後,你會不會對NIF的實驗,有點新的體認?

    2. @s K
      笑死,你像那個獻曝的古代野人,把100%與5%比大小的數學拿出來獻寶,還自以為了解NIF實驗的精神?
      連簡單的問題都不能掌握,你對自己的腦力,還不能正確評估出個大概? 你不能,但我能,所以我跟你談NIF要幹嘛呢?

    3. @2016 Infocus
      不懂又愛秀下限
      說不出來就只會亂罵人
      物理限制什麼博士來都沒用

    4. @Kant 台湾医保还要花钱120台币看病。俄罗斯一分钱都不要花费。比如看牙,烤瓷牙,治疗牙,拔牙。俄罗斯一分钱都不要花费。还有开刀住院,吃药。总之,只要去看医生,一分钱都不用花费。台湾读大学要花费自己钱吧。俄罗斯读大学一分钱都不用花费。还有你家使用煤气罐,Gas吧。俄罗斯免费试用。全民免费使用Gas煤气管道。俄罗斯加油站,每次汽车加油一公升,或一加仑汽油只要1美元不到。美国加汽油8美元一加仑。一个月500美元油费。

  4. 若人工核融合能成功的話..就表示 Dyson Sphere 理論不成立 另太陽維持其連續核融合的運作事實也不只光靠其內部高溫高壓..起碼它的表面的高溫高壓並未達到標準但也發生核融合現象了

    1. 核融合說到底還是質量轉換成能量的反應,而整個太陽系的質量有99%在太陽裡,更何況太陽本身還可以核融合到鐵元素,你真的覺得人工核融合能夠打破戴森環理論嗎!?

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