前幾天有個新聞,有位 12 歲的小朋友,在家裡自製了核融合裝置,獲得了金氏世界紀錄的認證。

學術
#1 abc2
13/10/20 15:35

雖然聽起來很威(以 12 歲來說,的確是滿威的啦),有人可能會覺得不可思議,核融合不是還在研發當中,號稱可以一舉解決所有能源問題的「究極能源」嗎?怎麼會讓個小孩在家裡給做出來了?

很可惜,能源問題依然沒有解決,因為這只是「有核融合的事件在實驗裝置中發生了」(如果確實有偵測到中子的話),但是離「核融合發電」還遙遠得很。因為要稱為核融合發電,必須「輸出大於輸入」,以及「穩定可控」。

報導中這個實驗裝置稱為「Fusor」,利用高電壓讓氘(重氫)離子從裝置外向內加速,最後來自各方的高能量氘離子會被擠壓在裝置中心互相碰撞,只要密度夠高、能量夠大,就有機會發生核融合反應。這是電視發明人(之一)的美國發明家 Philo T. Farnsworth 的設計,並且在 1968 年取得了專利(圖一,來源:維基百科),各位上 YouTube 還可以搜尋到一堆「Fusor DIY」的教學影片。

不過這種家用裝置能量沒辦法太高,要克服帶正電的氘離子之間的靜電排斥力,大約需要 1 MeV 數量級的能量,你會需要一個一百萬伏特的電源供應器,然而 DIY 的 Fusor 有個幾萬伏特就算不錯了,這樣氘離子要如何克服靜電排斥力呢?在古典物理的理論下是不可能的,但是原子核是量子力學的世界,雖然動能無法克服位能障礙,不過可以用「量子穿隧效應」穿牆而過,發生核融合!只是機率滿低的就是了,所以 Fusor 要用掉大量的電能,但是只有很少的核融合事件會發生,所以輸出能量就遠小於消耗的能量了,這就是無法用這種方法來達成「輸出大於輸入」這個條件的原因。

在真正的核融合發電裝置(例如 ITER)中,將電漿加熱到上億度,讓原子核本身的能量就足以穿透靜電排斥力的障礙,發生核融合反應的數量足夠達成「輸出大於輸入」的條件,只是在這種極端的環境下,要「穩定可控」又變成另一個難題。

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