核融合發電的新洞見

New insights on fusion power
http://www.physorg.com/news147528679.html

December 03, 2008
by David Chandler

在 MIT Alcator C-Mod 核融合反應器所完成的研究也許讓核融合成為未來電力來源的希望更接近真實，然而科學家告誡，一座實際的核融合發電廠仍需數十年的時間。

核融合，這種反應製造出太陽的能量，在未來的發電上被認為擁有巨大潛力，因為核融合發電廠的運作沒有任何排放，燃料來源相當豐富，而且它產生相對較少的（壽命也較短的）放射性廢物。但是它仍面臨巨大障礙。

"這裡已有許多進展，" 物理學家 Earl Marmar 說，Alcator Project 的部門首腦，那位於 MIT 的 Plasma Science and Fusion Center (PSFC)。"我們正學習許多關於這些事情如何運作的細節。"

Alcator C-Mod 反應器，從 1993 年開始運作，擁有全世界核融合反應器中最強烈地磁場與電漿壓力，而且是任大學所運作的核融合反應器中規模最大的。

那些嘗試建造一座所產生的電力較所消耗為多之核融合發電廠者（這事在實驗中尚未辦到），其所面臨最惱人的問題之一是，如何推動熱電漿，使其環繞在甜甜圈形的反應室中。這使它不會因較冷的內壁而喪失其數百萬度的熱度來說，是必要的。現在，MIT 科學家認為他們發現了一種方法。

物理學家 Yijun Lin（林毅君）與首席研究科學家 John Rice 指導了一些實驗，那證明了一種相當不一樣的方法，使用射頻波（radio-frequency waves）來推動電漿在壓力槽（vessel）內環繞，那不僅使它不會因內壁而失溫，還避免了內部的紊流，這會減少核融合反應器效率。

"這相當重要，" Marmar 說，因為現在用來推進電漿的技術對於未來更高電力的反應器將起不了作用，例如現在 ITER 所計畫的，那目前正在法國建造，所以一定要找到新方法。"人們試著做這件事已經幾十年了，" 他說。

Lin 表示，"這些結果當中有某些讓理論學家大感意外，" 而且對於它為何會如此，這裡尚未有充分的理論基礎。但實驗結果到目前為止證明這種方法有效，那對於 ITER 以及未來發電用核融合反應器的成功來說至關緊要。缺乏可控制的機制來推動環繞反應器的電漿「有可能是一位被掌聲打斷的表演者（showstopper）」，Rice 說，而 ITER 團隊「對此非常憂慮」。

Rice 補充，"我們尋覓這種結果已經有許多年了，" 嘗試各種不同的燃料混合、無線電波的頻率或其他參數。"最後，這個狀況剛好正確。" 對於 ITER 計畫來說， "我們的結果剛好及時，" Lin 表示。這些結果已發表在 12/5 的 Physical Review Letters 上。這項計畫由美國能源部贊助。

最近，一些來自於 Alcator C-Mod 研究的發現在使核融合更實用上也許扮演著重要的角色。這些新結果在 11 月份由 APS 所舉辦的電漿物理小組會議中簡報過。

其中之一，是由 Dennis Whyte 與 Robert Granetz 所開發的一種方法，能避免其中一種落跑效應（runaway effect），那對於反應器的零件會造成嚴重損害。當核融合反應器在運作時，限囿超熱電漿之磁場的任何擾亂都會導致一種非常強大的「落跑電子束」，其能量足以融穿結實的鋼鐵。那對於員工或許不會造成危險，因為每樣東西都有良好的防護，但它可能導致硬體損壞，要修理它可相當耗時、昂貴。

但 Whyte 與 Granetz 對這種逃脫射束開發出一種大功率的滅火器：一種突然注入反應氣壓力槽中的氬或氖氣衝擊波（blast），那把電漿能量轉換成光，那接著被反應器內壁吸收，而被攪得更亂的磁場顯然抑制了射束。

大約千分之一秒，Whyte 說，這種明亮的閃光是世上最亮的光 -- 相當於 10 億瓦的燈泡 -- 沒有人能夠直視它。

因為 Alcator C-Mod 的設計與 ITER 十分相近，"我們在探索「當這些擾亂發生時會發生什麼事」上，擁有獨特的地位，" Whyte 說。ITER 的直徑將會大上 10 倍，能量會多出上千倍，所以假若這種滅火（quenching）系統用在這裡將會產生一兆瓦的燈泡 -- 在短暫的一瞬間，相當於全美國的總電力輸出。

※ 把這光芒回收？相關報導：

＊ Observation of Ion-Cyclotron-Frequency Mode-Conversion Flow Drive in Tokamak Plasmas
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.101.235002

Y. Lin, J. E. Rice, S. J. Wukitch, M. J. Greenwald,
A. E. Hubbard, A. Ince-Cushman, L. Lin, M. Porkolab,
M. L. Reinke, and N. Tsujii
Phys. Rev. Lett. 101, 235002 (2008)
doi: 10.1103/PhysRevLett.101.235002

＊ MIT 測試獨特的核融合發電方式
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