蝶戀花（何偉）
反核前先對核融合發電了解一下（何偉）
2020/01/21 15:28
http://blog.udn.com/H101094880/131578246
反核前先對核融合發電認識一下
一、應該有的核能知識
台灣的核能科技已脫離世界主流，政府的反核政策拋棄了核能科技，同樣的世界先進科技也將遺忘台灣。事實上人類火箭上了太空後會發現只有太陽能及核能可長期使用，而太陽的能量也是來自於核融合(聚變)反應，所以人類怎可拋棄核能?愛因斯坦的相對論告訴我們質量的減少可轉換成能量，在物理上，核分裂或核融合都會放出巨大的能量，核分裂需要特殊的可分裂物質如鈾235同位素，但地球上的鈾礦有限，而核融合的原料可從海水中氫的同位素氘獲得，可以無限供應，但核融合的控制技術很難，所以核能的應用需要循序漸進，一般分為核分裂、快滋生及核融合三步驟，台灣目前的核電廠都是採用核分裂反應，但鈾原料中大部分是不能作分裂反應的鈾238，未充分利用鈾資源，於是用快中子將不能分裂的鈾238轉換成可分裂的鈽239，這就是快滋生反應器，分裂式反應器只能使用二百年，快滋生反應器可延長核電受命逾千年，當然核融合反應器可永續使用。
核聚變是全世界能源發展的前沿方向，反核人士必須了解其來龍去脈，因為這關係著人類文明是否能延續:
(一) 人造太陽
人造太陽是是以超導磁場約束離子，通過能波加熱，讓等離子氣體達到上億度的高溫，發生核融合(核聚變)的科學裝置，就像太陽一樣，為人類提供源源不斷的能量。
(二)核融合以外的所有的能源都是有限
世界人口數量已經逾77億，能源的爭奪已成世界各國生存的法則，伴隨地球人口增長及人類經濟發展，能源需求將持續增長。然而，地球化石燃料的儲量有限，尋找未來能源成為當務之急。萬物生長靠太陽，無論是傳統的煤炭、石油、天然氣這樣的化石能源，還是風能、水力及生質能都來自太陽能，而太陽能是來自其內部的核融合反應，人類當然可以模仿太陽產生能量的原理，研發可控制的核融合技術，製造出人造太陽。可控制核融合是目前人類認識到的可以最終解決人類社會能源問題和環境問題、推動人類社會可持續發展的重要途徑之一。
(三)人造太陽的必要性
從人造太陽的必要性來說，化石能源會有溫室效應、不可再生且有污染，風力不穩定，水力開發已趨極限，核分裂所需鈾礦原料有限。因此，勢必需要尋找一個資源豐富、清潔高效的新能源。而目前，最有可能擔當這一角色的只有可控核聚變能。從可行性來說，核聚變的原料是氫的同位素（氘和氚），在地球上含量豐富。“氘在海水中儲量極大，1公升海水里提取出的氘，在完全聚變反應後，可釋放相當於燃燒300公升汽油的能量；而氚可通過中子與鋰反應生成，在地殼和海水中，鋰都是大量存在的。”，可控核聚變不排放有害氣體，有利環境保護。人造太陽的研製，將為人類永續文明帶來希望，但其技術研發困難，因此需集全球通力合作來解決。
(四)托卡馬克（Tokamak）
托卡馬克裝置是一種核融合反應器，其概念從 1950 年代開始成形，並由蘇聯科學家命名，為俄語「環形真空磁線圈」的縮寫。正如其名所敘，托卡馬克裝置是一個環狀甜甜圈，在其中極高溫的電漿被磁場約束和加壓，以進行核融合反應。
(四)ITER的產生
國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃於2006年誕生，ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，由中國、美國、歐盟、俄羅斯、日本、韓國和印度七方參與，包括了全世界主要的核國家，覆蓋的人口接近全球一半，中國在這一計劃中要投入100億人民幣。計劃在法國南部普羅旺斯地區共同建造一個電站規模的聚變反應堆，也是世界上最大的托馬克裝置。ITER是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科技合作項目之一，凝聚了國際聚變界多年來的研究成果，以及國際聚變界的技術力量。“該項目也是中國以平等身份參加的最大的國際科技合作項目。其中，中國承擔了大約9%的採購包研發任務。參與計劃科學家的平台、技術和發現是共享的。
(五) 東方超環EAST
中國製造的核融合反應器「人造太陽」，將於 2020 年啟用。研究人員表示，此設備將能達到攝氏 2 億度，此溫度大約是太陽核心溫度的 12 倍。如此高的溫度能產生核融合反應，並釋放出能量。中國的“人造太陽”裝置東方超環EAST率先實現一億度的超高溫，實現了101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行，在聚變這個全球競爭的科學頂峰攀登賽中，一直保持著領先。中國等離子體研究所的“人造太陽”裝置實現加熱功率超過10兆瓦、等離子體儲能增加到300千焦耳、等離子體溫度首次達到1億度，為人類開發利用核聚變清潔能源奠定了重要技術基礎。東方超環（EAST）是等離子體研究所自主設計、研製並擁有完全知識產權的磁約束核聚變實驗裝置，是世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克，也是中國第四代核聚變實驗裝置，它的科學目標是讓海水中大量存在的氘和氚在高溫條件下，像太陽一樣發生核聚變，為人類提供源源不斷的清潔能源，所以也被稱為“人造太陽”。
二、中國大陸的核融合進展
中核集團宣布兩則消息，第一，新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”，預計於2020年投入運行。第二，國際熱核聚變(核融合)實驗堆（ITER）主機安裝一號合同（TAC1）在北京簽約，前者將為人類製造“人造太陽”提供重要技術支撐，後者將開啟我國為“人造太陽”安裝“心臟”的全新征程。
中國參加ITER計劃10多年來，利用此國際合作平台，在國家有關部委的大力支持下，中國的核聚變研究得到了高質量發展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了並跑階段，部分技術達到了國際領先水平。中國的參與，也推動了ITER計劃的快速發展。參加ITER計劃以來，中國積極參與ITER建設，承擔著ITER諸多核心部件研發製造。目前中國承擔的ITER採購包，不管是在研發進度還是在完成質量方面，都處於七方的前列，在國際聚變舞台上，中國有了更大的話語權。去年9月，中核集團牽頭拿下了ITER迄今金額最大的主機總裝1號合同（TAC1）。這個工程安裝的是ITER裝置最重要的核心設備，其重要性相當於核電站的反應堆、人體裡的心臟。這是有史以來中國企業在歐洲市場中標的最大核能工程項目合同，通過國際競標拿到了ITER項目最核心部分的安裝工程，證明中國團隊在世界上是領先的。
(一)中國人造太陽首次實現一億度運轉
中科院等離子體所發布消息，中國人造太陽取得重大突破，實現加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦耳，等離子體中心電子温度首次達到一億度，為人類開發利用核聚變清潔能源奠定重要技術基礎。
(二)中國成功研製國際熱核聚變實驗堆首個大型超導磁體線圈
由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所承擔研製的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃首個大型超導磁體線圈，極向場6號線圈（PF6線圈）竣工交付，PF6線圈位於ITER實驗堆超導磁體的底部，是必須首個安裝到位的超重要大型線圈大部件，由9個繞製成雙餅結構的線圈本體以及一系列支撐附件組成，總重達400噸，該線圈繞製所採用的鈮鈦超導導體長約13.5公里，線圈主體外徑約11.2米，呈餅式結構，外形類似中國古代的和氏璧。據介紹，PF6線圈是國際上研製成功的重量最大、難度最高的超導磁體，儲能量是我國EAST裝置最大極向場磁體的60倍，它的正常運行將決定是否能夠“點亮”等離子體並維持等離子體的穩態“燃燒”，是決定ITER裝置運行成敗的最重要線圈之一。
三、台灣的能源危機
(一) 非核家園的影響
台灣的核能發展較南韓早，清華大學核工系所亦培養了一些人才，加上原能會、核研所台電公司的核能科技人材應可在核能工業及能源發展上為國家創立遠景，但在非核家園的陰影下，核能從業人員抬不起頭，一流人才不再往核能發展，清大核工也改名稱，核研所亦流失許多優秀人才，因為失去了方向，台電也只能將現有電廠營運好，不像南韓有成為核能大國的野心。我們的近鄰中國大陸、日本、南韓及印度都有自己的核能政策及願景，台灣的能源若無遠見將與世界主流漸行漸遠。
(二) 核能政策未趕上世界主流
為了延續人類文明，我們不能放棄任何能源，若不使用核能則石油、天然氣及煤碳很快用完，目前使用的核能是利用鈾分裂反應，目前人類正在研發與太陽發出能量相同原理的核融合反應，若成功則可有取之不盡，用之不竭的能源。目前核能電廠大部分是以熱中子引發鈾-235核分裂產生能量，由於地球上的鈾礦資源有限，核能工業較先進國家進一步研究發展出可以較經濟利用鈾燃料的快中子滋生式反應器，可將熱中子反應器無法利用的鈾-238，利用快中子撞擊轉化為鈽-239，繼續作為核燃料。「滋生」是轉化出來的燃料鈽-239，比消耗掉的鈾-235還要多。核融合反應器是利用較輕的原子核，在極高溫之下融合而放出大量的能量。核融合反應器可利用取之不盡之海水提煉出燃料，且無放射性廢料產生，是最理想能源。故世界核能工業發展的主流為第一步發展核分裂反應器，第二步發展快滋生反應器，第三步發展核融合反應器。
目前已有不少核能發電廠供應著生活所需的電力，但由於它們採用核分裂的機制，在反應過程中會產生核廢料且鈾燃料本身亦僅能使用200年。和目前所知的所有能源相比，核融合產生的能源是最理想的，不僅燃料充足，又不產生溫室氣體及高放射性核廢料，將可大幅地降低環境污染問題。如果採用核融合機制的核能發電能成功，將為人類提供取之不盡的能源。核融合的燃料(氘和氚)很容易取得；氘可以從海水提煉，每一公升海水中含三十毫克氘。核融合的優點包括：(1)氘氚來源不虞匱乏：據估計，全球海水中有四十五萬億噸氘，可以提供世界一百億年的能源，幾乎是取之不盡、用之不竭。 (2)核融合不會產生任何放射性廢料，沒有廢料難解的技術與政治問題。 (3)只要減少電漿密度或氘氚供給，核融合反應可以隨時終止，其控制性比現行核分裂反應器要容易。因此核融合極有可能成為人類能源的最終解決方案，也是對環境最友善的永續能源。
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