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全球最大核聚變反應器完成，但是...
2024/07/08 17:49
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麥克·薛洛克（Mike Shedlock）2024年7月6日
《花巨資但到底有什麼用：ITER計劃的挑戰，面臨技術、成本和時間障礙》
眾所周知，科學家確實做過一些令人驚奇的事，但並非一切都有實際應用，至少目前還沒有。而其中核聚變就是很好的例子。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/worlds-largest-nuclear-reactor-is-finally-completed-but-it-wont-run-for-another-15-years
《國際核聚變能計劃》（ITER）的聚變反應堆由19個龐大的線圈組成，迴圈排列在多個環形磁鐵中。最初計劃於2020年開始進行首次完整測試，但科學家現在表示，最早也要等到2039年才會啟動。
ITER擁有世上最強大的磁鐵，能產生比地球自身磁場強280000倍的磁場。
這個反應堆的設計令人印象深刻，但同時也伴隨着龐大的價格標籤。最初預計耗資約50億美元並於2020年啟動，但現在已遭遇多次延遲，預算膨脹至超過220億美元，並提議額外投入50億美元以應對額外的成本。這些意外的開支和延遲是最近這次長達15年的延遲的原因。
科學家已努力超過70年來試圖利用核聚變的能量--這是恆星燃燒的過程。在極高的壓力和溫度下，通過將氫原子聚變成氦，主序星將物質轉化為光和熱，產生巨大能量，而不會產生溫室氣體或長期放射性廢物。
但要複製恆星核心內部的條件並非簡單。聚變反應堆最常見的設計是《托卡馬克》（Tokamak），它通過將等離子體（物質的四種狀態之一，由正離子和帶負電的自由電子組成）超高加熱後，用強大的磁場困住在圓環形反應室中。
令人印象深刻，但是...
假設原定於2020年啟用的反應堆最終能在2039年運行，會感到印象深刻。
的確，對在科學上達成的成就感到印象深刻。但想知道這背後的實際應用是什麼。
然而，讓等離子體的湍流和超加熱線圈在足夠長的時間內保持穩定，以實現核聚變，一直是一大挑戰。蘇聯科學家雅夫林斯基（Natan Yavlinsky）在1958年設計了首個托卡馬克，但從那時起，沒有人成功建造出能夠產生比輸入更多能量的反應堆。
主要障礙之一是處理足夠高溫度的等離子體進行聚變。聚變反應堆需要非常高的溫度（比太陽高出許多倍），因為它必須在比恆星核心內部壓力低得多的條件下運作。
例如，太陽核心的溫度大約達到攝氏1500萬度，但壓力大約相當於地球海平面上空氣壓力的3400億倍。
將等離子體加熱至這些溫度相對較容易，但要找到一種方法來控制它，以防止它燃燒穿透反應堆或使聚變反應失控，則在技術上非常棘手。通常使用激光或磁場來實現這一點。
關於溫度的問答
對於如何讓反應堆達到1500萬度的溫度而不使其融化，對於有清晰思考的人來說，可能是個謎題。
本篇提供了答案。但是成本如何？反應可以持續多久而不發生熔毀？還有其他問題嗎？
針對這些問題，參考一篇來自《Live Science》的2022年文章：
《邁向新能源來源更近一步》
https://www.livescience.com/jet-fusion-experiment-smashes-energy-record
在最新的實驗中，位於英國牛津附近庫爾漢姆鎮（Culham）的《JET》研究所（Joint European Torus）成功產生了高溫等離子體，釋放出創紀錄的59兆焦耳能量，大約相當於引爆14公斤TNT炸藥的能量。
核聚變--與恆星核心中發生的反應相同--是將原子核融合形成更重的核。核物理學家長期以來一直致力於在地球上的反應堆中實現核聚變，因為它比燃燒化石燃料產生的能量多得多。例如，根據ITER計劃的一份聲明，一顆像鳳梨大小的氫原子就提供了相當於9000公噸煤炭的能量。
德國慕尼黑附近的《普朗克等離子物理研究所》（Max Planck Institute）物理學家阿緹娜（Athina Kappatou）告訴《Live Science》：「我們花了多年的時間準備這些實驗。最終，成功地證實了我們的預測和模型，這是通往ITER的好消息。」
JET反應堆始於1983年運作，目前使用氫（Hydrogen）同位素氘（Deuterium）和氚（Tritium）作為燃料。一般氫原子的核心中沒有中子，而氘原子有一個中子，氚原子有兩個中子。目前，它是全球唯一能夠使用氘-氚燃料運行的能源發電廠--儘管ITER在投入運營後也將使用這種燃料。
然而，氘-氚聚變面臨多重挑戰。例如，氘-氚聚變可能產生危險的高能中子，每個中子速度約為每小時1.87億公里，即光速的17.3%--速度如此之快，它可以在不到8秒內到達月球。因此，這些實驗需要特殊的屏蔽措施。
阿緹娜解釋道，為了進行新的實驗，JET反應堆在2009至2011年間將原來的碳層替換為鈹和鎢的混合材料，這些材料也將用於ITER。這種新的金屬牆比碳更能抵禦核聚變帶來的壓力，並且比碳更少吸附氫氣。她在JET最近的實驗中負責準備、協調和領導了重要部份。
氘-氚聚變實驗面臨的另一個挑戰是氚是放射性的，因此需要特殊處理。不過，阿緹娜指出，JET在1997年已能夠處理氚。
此外，雖然氘在海水中豐富存在，但氚非常稀有。目前，氚是在核裂變反應堆中產生的，雖然未來的聚變能發電廠將能夠通過發射中子來產生自己的氚燃料。
今年1月，加州國家點火設施的科學家透露，他們的激光驅動核聚變實驗在兆份之一秒內產生了1.3兆焦耳的能量--這表明聚變反應從核活動中產生的能量超過了從外部輸入的能量。
JET使用的銅電磁鐵由於實驗產生的熱量，僅能運行約5秒。阿緹娜說道：「JET簡單地沒有被設計來提供更多。」 相比之下，研究人員指出，ITER將使用低溫冷卻的超導磁鐵，這些磁鐵設計可以無限期地運行。
問題引發問題
這些是令人驚奇的成就。但必須做得比僅能維持破世界紀錄的兆份之一秒的反應更好。
這個故事中有一些遺漏的地方，比如為什麼進行一個已建造好的測試需要至少15年的時間？
此外，提出的過程似乎很像是個永動機。
反應堆將使用聚變來產生它所需的氘-氚，並且也用這種聚變產生的能量來冷卻系統所需的超導磁鐵，以保護系統免受15萬度的高溫影響，否則整個系統將會熔化。
如果這不是基本的提議，那麼請有人向我解釋提議。如果這就是提議，那麼額外的問題就浮出水面。
假設理論完美運作，這個過程可以持續多久？產生的能量中有多少是用於保護系統免受產生的熱量影響的？
ITER的測試原定於2020年進行，但已推遲至2039年，並且沒有解釋原因。
然而，很高興能報告在目標日期上取得了進展。指的是，那些似乎永遠只有幾年遠的目標現在至少還要15年才能實現，而這還僅僅是進行一個測試。
核聚變不會很快，甚至可能永遠也無法拯救地球。
一篇反駁
有人評論說我不了解科學是如何運作的。這是錯誤的，我非常清楚科學是如何運作。
我是否期望從這個項目中得到有用的想法，無論它是否能解決我們所謂的生存威脅？
是的，期望如此。但這與原本要表達的觀點幾乎沒有關聯。
我們在2039年進行測試，而據稱的生存威脅已在進行中，據稱到2050年修復將太遲。
今天，我們有實際的、可信的信息顯示，核聚變不會成為許多人期望的救世主。這個事實並不意味着我認為這個項目將一無是處。
在一張易於理解的圖片中談談風能和太陽能的徒勞無功。
與此同時，讓我們討論一下風能和太陽能的徒勞無功在一張易於理解的圖片中所表現出來的現狀。
https://mishtalk.com/economics/the-futility-of-wind-and-solar-power-in-one-easy-to-understand-picture/
摩洛哥是風能和太陽能的理想地點。這裏光線充足，風力強勁。但我們如何將從摩洛哥產生的能源運送到需要的地方？成本又是多少呢？
淨零排放是非常不太可能的結果
更重要的是，請考慮《對不起，綠色能源愛好者，淨零排放是非常不太可能的結果》
讓我們討論京都議定書的氣候目標以及為何到2050年實現淨零排放幾乎沒有機會的數十個理由。
如果不同意，甚至如果同意，請閱讀上述文章，告訴我們該做什麼，我們將如何做，誰將承擔這些成本。
現實上，除了現有目標的完全失敗，我們應該期待什麼？
我建議，我們最好追求這條思路，而不是專注於那些神秘的未得之物。
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