還記得之前核分裂的文章嗎?與核分裂相對的反應原理稱為核融合,而核融合也被視為完全、低汙染以及幾乎用之不竭的能源,重點是在核融合的過程中,可以產生非常大的能量!所以長久以來科學家們也夢想著能控制核融合,試圖打造出可運作的反應爐,以解決能源問題。但是真的可以成功嗎?
首先我們先來看看核融合反應的原理吧!
核融合,又稱核聚變、融合反應或聚變反應,是將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核(或粒子)的一種核反應形式。
兩個較輕的核在融合過程中產生質量虧損而釋放出巨大的能量,兩個輕核在發生聚變時因它們都帶正電荷而彼此排斥,然而兩個能量足夠高的核迎面相遇,它們就能相當緊密地聚集在一起,以致核力能夠克服庫侖斥力而發生核反應,這個反應叫做核融合。
原子核中蘊藏巨大的能量。根據質能方程式E=mc²,原子核之淨質量變化(反應物與生成物之質量差)造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核,稱為核分裂,如原子彈爆炸;如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核,稱為核融合,如恆星持續發光發熱的能量來源,一般來說,這種核反應會終止於鐵,因為其原子核最為穩定。
然而要如何克服原子核間相斥的電磁力,是進行核融合實驗最大的阻礙所在。
核融合的困難
在太陽內部和氫彈這兩個已知的範例中,都是靠加熱反應的物質到極高的溫度(太陽是因為內部的高壓和持續的核融合反應,氫彈則是因為先引爆了一顆核分裂彈,使得核融合的環境能達成),使各別的原子核有足夠的動能穿過電磁力的壁壘(稱為庫侖障壁),靠近到核力可以發揮作用的距離。
在反應爐中產生這種超級高熱,以維持核融合反應的發生,是目前兩種最可行的方法中,看起來比較有希望的核融合方法。利用甜甜圈型的電磁場,可以將帶正電的原子核(電子因為高熱已經被扯離原子核,形成電漿)封閉在反應爐環狀部份的中心,並且發生反應。這種反應爐的技術挑戰在於高溫的維持 -- 理論上反應爐「點火」(提供初期的能量,直到核融合反應能發生)後,核融合反應的能量之大,應該要能在維持高溫之餘,還要有額外的能量供給出來。但目前為止的試驗爐最高輸出能量只能達到輸入能量的 70%,自然無法維持核融合反應。剛開始興建的 ITER 實驗反應爐預計 2018 年完工,綜合了以往各反應爐的經驗,預計將首度達成輸出大於輸入的目標,並且維特點火時間至少 400 秒。最終 ITER 或許可以達成輸出能量為輸入能量的 5~10 倍,並點火 1000 秒,但即使如此,仍不足以商業運轉 -- 要等到再下一代的 DEMO,達成輸出為輸入能量的 25 倍以上,才有可能做為經濟的發電方式被人們利用。
不過縱使核融合反應還有代科學家去克服,仍有許多人對其報有樂觀的態度。
立報12月11日的報導中,就有那麼一則關於融核的報導。
邁向繁榮進步的行星文明
作者: 本報訊 | 台灣立報 – 2012年12月11日 下午10:48
PanSci泛科學網
作者:張清浩
什麼是行星文明?是指已經充分開發、控制居住行星能源來源(包括落在行星上的太陽光)的文明。將行星文明認定為第一型文明,則我們現在的文明,大約是一個0.7型的文明。
人類社會要在2100年轉變為行星文明,在科技上會有哪些創新與革命呢?
1.電腦的未來:
軟性電子紙、可以在我們的眼前上網的網路眼鏡、自動行駛的智慧型汽車,還不夠看。晶片將會繼續縮小、功能更為強大,而且無所不在。到了本世紀末,會發展出可以接收大腦神經元所發出電流的電腦晶片,這種晶片還能將腦電波解碼,以使受控制的物體移動、運作。此時,我們就擁有如諸神般的力量,以念力控制物質。另外,以fMRI掃描器探測他人心智的科技,也會成熟,屆時,法官就可以不要用猜的來判斷訴訟當事人是否說謊。
2.人工智能的未來:
我們居住的世界,將會到處都有機器人。這些機器人,漸漸能做任何我們會做的工作,並代替我們去冒險。當我們年老的時候,將會是機器人、而不是兒女或外傭在照顧我們。人工智能,會朝對人「友善」的方向發展,以免人類遭到機器人的反噬;也會往與人融合而「強化」身體的方向發展。
3.醫學的未來:
我們可以做自己的基因排序,掌握自己的基因組,了解自己可能罹患的疾病。幹細胞科技的發展,可以培養出人體器官。基因療法的應用,可以改善自己或下一代的基因。癌症未必可以完全消除,但晶片可以隨時監控癌細胞。老化可以減緩,壽命可以延長(我預測:退休與老年給付制度將因而徹底破產,社會福利制度將轉變為由有工作能力的人繳社會保險費,來支付無工作能力者的生活支出,年齡將不再是判斷有資格領取給付的標準)。
4.奈米科技:
人類將會發展與利用分子、甚至原子層次的奈米裝置。在醫療方面,有奈米機器可以在血管巡航,摧毀癌細胞;在電腦方面,會有運算力驚人的量子電腦或是光學、DNA電腦出現。可程式化材料(如同魔鬼終結者中,可以改變形狀的殺手機器人),將會在日常生活中出現。
5.能源的未來:
完全取代石油的能源方案,將會是「核融合」,與從「室溫超導體」所發展出來的「磁浮」科技。核融合,可以提供取之不盡的能源,又幾乎沒有廢料產生。室溫超導體的應用,不靠額外能量輸入,就能產生超級磁力,可以使交通工具懸浮在空中;也可以大幅降低電子在電纜線內傳輸的耗損。
6.太空旅行的未來:
下一次的人類大探險,將是登陸火星。其他太陽系探測,將會派機器人前往。而人類移居到地球以外的星球的目標,還很遙遠。
7.財富的未來:
科學是繁榮的引擎(我認為應該要再加上「貿易」)。未來的工作與財富,將是屬於需要有判斷力與創造力的工作者。只能執行重複動作的工人,將會由更在行、可以不休息的機器人所取代。贏家,將是屬於能夠提供有效判斷力的人。
●穴居人原則:
不過,人類還是繼續會深受「穴居人原則」的約束,也就是說人類的原始慾望(娛樂、社交、接觸等),仍然會繼續影響人類的行為,並與科學的發展相互影響。
這些預測會不會實現?以核融合為例,我在30年前就看過有科學家預測核融合科技會在2000年成熟,不過加來道雄說,現在已經更接近成功了,並進一步預測會在2050年出現核融合電廠。無論如何,只要世界各國繼續支持科學研究發展,加來道雄在《2100科技大未來》所樂觀預測的行星文明與繁榮進步的遠景,就是人類的未來。(張清浩)
本文同時發表於張清浩律師的部落格
看完以上的資訊和報導後,相信大家對於核融合有更多瞭解了!
大家也可以就這個報導,好好想想看地球能源的未來到底該怎麼辦呢?
資料來源:http://chinese.engadget.com/2009/04/10/on-fusion-power/
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%A0%B8%E8%9E%8D%E5%90%88
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