在韓國超導托卡馬克進階研究(Korea Superconducting Tokamak Advanced ResearchKSTAR)核融合裝置打破一項核融合紀錄的僅僅一年後,它又再次打破了自己紀錄。這一次,是將一億度的猛烈電漿漩渦維持了整整 30 秒。

自身新紀錄

雖然,這個時間比起今年初中國科學院(Chinese Academy of Sciences)所締造的 101 秒還要來得短,但是他仍然是邁向更乾淨、幾乎無限的能源之路上,一塊重要的里程碑,能夠轉變我們對社會供電的方式。

以下說明為何這如此的重要。

運作原理

在像是我們太陽的恆星深處,重力以及高溫會給予例如氫氣等簡單元素所需的能量, 使它們克服原子核的排斥力,迫使它們擠成更大的原子。這種核融合的結果就是更重的元素、幾顆游離的中子、以及很多的熱量。

在地球上,要聚集起相當於太陽的重力是不可能的。但是,藉由將重力的擠壓作用換成熱形式的額外衝擊力,我們可以達成相似的結果。在某些時間點,我們甚至可以從融合的原子中擠出足夠的熱,讓核反應繼續進行,且還有剩下足夠的能量足以抽出作為能量。

這是理論。但是要讓這麼熱的電漿維持足夠長的時間,以利用其熱量來提供永續、可靠的能量來源,這需要好好地進行思考。

運作裝置

KSTAR 正是世界上一堆測試設施的其中之一,嘗試著要從一種被稱為托卡馬克(tokamak)的電漿處理技術中,改善一些缺陷。

基本上,托卡馬克是大型的金屬環,用來容納熱的帶電粒子雲。由於帶電,移動中的粒子雲會產生一個強磁場,讓其被相反的場推動到正確的位子。

托卡馬克的要訣就是要微調電流,讓電流不會從束縛它的磁場中逃脫。這說起來很容易,但實際上很難,因為加熱的電漿脈衝,與其說是粒子的龍捲風,不如說是不穩定、攪動中的混亂漩渦。試著將一圈果凍塞入橡皮筋環圈中,就可以體會這是多麼的挑戰。

還有其他各種方式能夠達成相似的結果。比方說仿星器(stellerators),如德國的 Wendelstein 7-X 測試設備,就反轉托卡馬克的情況,而使用非常複雜、由 AI 設計的磁性線圈隧道,來讓攪動中的電漿圈固定於其中。這能夠保證有較長的滯留時間,但是卻讓加熱電漿變得稍微更難點。另一方面,最近幾年來,托卡馬卡能達到的溫度越來越高。

里程碑

在 2018 年,位於中國合肥市的先進實驗超導托卡馬克實驗裝置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)成為第一台達到攝氏一億度的重要溫度里程碑的反應器,這是仿星器截至目前為止還無法達到的溫度。而今年,EAST 將電漿加熱至攝氏 1.2 億度,且時間維持了超過一分半。

然而,那些溫度是電子之間所共享的能量的一種測量方式。無庸置疑的是很熱;但是,讓更重的離子溫度增加亦很重要,更不要提這更為困難。

KSTAT 在去年將其離子溫度達到了攝氏一億度,並維持了 20 秒鐘。而事實上,在約超過 12 個月後,它就達成維持 30 秒這件事,是非常激勵人心的。

每一台測試設施表現都會有一點不同,會在技術上有所變異,來推進任何事物的極限,從脈衝的長度、穩定度、到電子或電漿的溫度。

雖然將每項紀錄視作競賽是很誘人的,但是更重要的是要慶祝我們達成每一項里程碑,因為這代表我們又多學到一課。每一項成就都是在展示其他的辦法,來處理當我們在運用太陽的引擎作為地球的動力源時,依然需面對的阻礙。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網站 http://www.tomorrowsci.com

參考資料:

  1. McRae, M., (2021, November 26). Korea’s Cutting-Edge Fusion Reactor Just Broke Its Own Record for Containing Plasma. ScienceAlert
  2. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/korea-s-cutting-edge-fusion-reactor-breaks-its-previous-record-for-swirling-plasma(圖:National Fusion Research Institute)
You May Also Like

俄羅斯霸氣聲稱:金星是我們的。

金星曾遇過溫室效應相關的氣候變遷 俄羅斯航天局局長德米特里·羅戈津週二在莫斯科舉行的一次工業展覽上大…

「原始黑洞」或許可以用來解釋暗物質在宇宙當中的存在

原始黑洞(PBHs)解釋了大部分的暗物質 研究宇宙物理和數學的凱維里理論物理研究所(Kavli IP…

美民間太空公司火箭發射失敗!全程都被NASA拍攝紀錄下來

Alpha造價1500萬美元 美國民間太空公司「Firefly Aerospace」成立於2014年…

遊戲技術堆疊了元宇宙的互動性—虛擬演唱會​

虛擬演唱會Astronomical​ 近日的文策院 TCCF 國際趨勢論壇活動,如火如荼地討論到熱門…

咖啡因降低罹患阿茲海默症風險!可降低8%的認知能力退化

咖啡因降低罹患阿茲海默症風險 對於一些早上不喝咖啡就無法面對一整天工作的人來說,這絕對是一個天大的好…

【身體與科技的靈肉磨合】感官仿生—跨越人類中心主義的邊框

子非魚安知魚之樂 在海平面下的1000米處,是毫無日光穿透,黑暗密佈的深海,卻也是地球上佔據最廣的棲…