日期:2022/10/10   IAE 

聚變是產生世界急需的清潔能源的最有希望的選擇之一。 CCFE 的科學家和工程師正在開發將聚變電力引入電網的技術。

什麼是融合？
聚變是發生在恆星中心並提供驅動宇宙的力量的過程。當輕原子核融合形成較重的原子核時，它們會釋放能量爆發。這與核裂變（當今核電站中使用的反應）相反，其中當原子核分裂形成更小的原子核時會釋放能量。

為了在地球上從聚變中產生能量，氫氣的組合——氘和氚——被加熱到非常高的溫度（超過 1 億攝氏度）。氣體變成等離子體，原子核結合形成氦核和中子，其中一小部分質量轉化為“聚變”能量。每秒具有數百萬次此類反應的等離子體可以從非常少量的燃料中提供大量能量。

控制極熱等離子體的一種方法是使用強大的磁鐵。最先進的設備是“託卡馬克”，這是一個俄語單詞，意思是環形磁室。 CCFE 的目標是利用託卡馬克概念開發聚變反應堆。

聚變發電的優勢
隨著對氣候變化和化石燃料供應有限的擔憂日益增加，我們需要新的、更好的方法來滿足我們對能源日益增長的需求。聚變能的優勢使其成為極具吸引力的選擇：

沒有碳排放。聚變反應的唯一副產品是少量氦氣，這是一種惰性氣體，可以安全釋放而不會損害環境。
豐富的燃料。氘可以從水中提取，而氚將在發電站內從地殼和海水中豐富的鋰元素中產生。即使廣泛採用聚變電站，這些燃料供應也將持續數千年。
能源效率。一公斤聚變燃料可以提供與一千萬公斤化石燃料相同的能量。一個 1 吉瓦的聚變電站在一年的運行中將需要不到一噸的燃料。
放射性廢物比裂變少。聚變反應沒有放射性廢物副產物。只有反應堆組件具有放射性；活動水平取決於所使用的結構材料。正在對合適的材料進行研究，以盡可能減少衰減時間。
安全。聚變反應堆不可能發生大規模核事故。聚變裝置中使用的燃料量非常少（任何時候大約相當於一張郵票的重量）。此外，由於聚變過程難以開始和繼續進行，因此不存在可能導致熔毀的失控反應的風險。

可靠的電源。 聚變發電廠將被設計成持續提供大量電力。 一旦進入市場，預計成本將與其他能源大致相似。

聚變研究進展
研究人員已經克服了聚變中的許多科學障礙——對如何控制和限制燃料的熱等離子體有了很好的理解。

JET 使用氘和氚在 5 秒內（聚變實驗的持續時間）產生了創紀錄的 59 兆焦耳的持續聚變能量，氘和氚是未來動力裝置中使用的相同燃料混合物。在這個實驗中，JET 的平均聚變功率約為 11 兆瓦。

今天的託卡馬克需要很高的輔助電源來運行加熱系統和為電磁線圈通電。然而，降低這些要求的研究——特別是通過使用超導磁體——正在進行中。 JET 實驗對於下一個大型國際實驗 ITER 至關重要，也將影響示範聚變動力裝置 DEMO 和 STEP 的設計工作。

CCFE 是全球研究計劃的一部分，旨在證明融合是可行的。 ITER 將演示控制發電廠規模聚變等離子體的物理特性。現在的挑戰是開發託卡馬克技術和工程，以捕獲聚變中子並產生電力。這將證明聚變不僅可以作為一項實驗，而且可以在發電廠的規模上經濟地發揮作用。