如何將發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換成電力也是挑戰(zhàn)

談到核能，目前主要是指核分裂為主，許多人對于未來能源，寄望的是核融合，只是核融合遲遲未能商業(yè)運(yùn)作，如今德國創(chuàng)業(yè)公司比鄰融合（Proxima Fusions）發(fā)出豪語，訂下目標(biāo)要在2031年激活測試反應(yīng)爐，賣出商用運(yùn)轉(zhuǎn)的第一步，希望在2030年代能正式商用運(yùn)轉(zhuǎn)。

核分裂反應(yīng)要用來發(fā)電，有諸多缺點，主要是核分裂后的分裂產(chǎn)物還是有高放射性，這部分能量卻無法使用，反而成為尾大不掉的高能核廢，核融合則沒有這樣的問題，融合后的產(chǎn)物是無害的氦，因此被視為是真正的潔凈能源。

只不過，過去核融合一直是“未來能源”，因為要達(dá)到讓氫能融合需要巨大能量，很長的一段時間，產(chǎn)生的能源，都少于輸入的能源，后續(xù)才有實驗團(tuán)隊逐漸在短時間內(nèi)輸入大于輸出。

初期核融合的主要反應(yīng)爐形式為環(huán)磁機(jī)（Tokamak），顧名思義結(jié)構(gòu)就是一個環(huán)形，打造設(shè)計上雖然相對容易但是控制上卻相當(dāng)困難。另一種核融合反應(yīng)爐的想法是仿星器（Stellarator），名稱來自模擬恒星內(nèi)部持續(xù)不斷的核融合反應(yīng)，仿星器的磁面像一條不斷曲折的帶子，線圈繞著帶子的形狀，打造上遠(yuǎn)比環(huán)磁機(jī)復(fù)雜困難，但是操作上比較容易。

比鄰融合的原型機(jī)設(shè)計來自于普朗克學(xué)會（Max Planck Institute）研究電漿物理學(xué)，取得6,500萬美元資金，其中包括德國政府的資助，采用仿星器的路線，使用高溫超導(dǎo)體，開發(fā)準(zhǔn)等磁（quasi-isodynamic，QI）仿星器，在實際打造之前，打算先用機(jī)器學(xué)習(xí)與計算機(jī)模擬測試，模擬出最佳的結(jié)構(gòu)后再實際打造。預(yù)計于2031年打造出測試反應(yīng)爐，預(yù)計打造預(yù)算為10億歐元。

美國自麻省理工學(xué)院創(chuàng)業(yè)的聯(lián)邦融合系統(tǒng)（Commonwealth Fusion Systems）則采用環(huán)磁機(jī)，也是計劃于2030年代打造出商用核融合發(fā)電，預(yù)計建廠于維吉尼亞州，聯(lián)邦融合系統(tǒng)已經(jīng)募集資金20億美元，但是目前反應(yīng)爐還正在興建，別說完成電漿生成，或是達(dá)到輸出大于輸出，至于該如何把核融合能量轉(zhuǎn)換為電力，也還沒有設(shè)想完成。

歐盟主導(dǎo)，印、日、中、俄、美、韓加入的國際熱核融合實驗反應(yīng)爐（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）計劃，也采用環(huán)磁機(jī)，已經(jīng)嚴(yán)重落后進(jìn)度，何時能有成果遙遙無期。

其他核融合創(chuàng)業(yè)公司還有法國Alcen、德國Bruker、RI研究儀器、意大利ASG超導(dǎo)體、西班牙IDOM共同創(chuàng)立的高斯融合（Gauss Fusion）公司，也是采用仿星器反應(yīng)爐，5家公司投資800萬歐元，德國政府則補(bǔ)助900萬歐元成立，預(yù)計2040年興建核融合發(fā)電廠，估計預(yù)算180億歐元。

驚奇融合（Marvel Fusion）則采用激光技術(shù)，走慣性局限融合（inertial confinement fusion）路線，也就是并不打造電漿空間，而是把氘、氚混合燃料以金屬外殼緊緊包覆在小空間中，此金屬外殼稱為環(huán)空器（Hohlraum），用激光聚焦在環(huán)空器上加熱，使環(huán)空器向內(nèi)部的燃料輻射X射線間接加熱，以完成核融合反應(yīng)，采用間接加熱的原因是，比起直接加熱，環(huán)空器間接加熱的方式更均勻?qū)ΨQ。

驚奇融合與美國科羅拉多州大學(xué)合作創(chuàng)建示范反應(yīng)爐，預(yù)計2027年初激活，驚奇融合于2024年9月B輪募集資金6,280萬英鎊，另外取得歐盟創(chuàng)新委員會250萬英鎊補(bǔ)貼，以及最多1,500萬英鎊投資，預(yù)計原型機(jī)于2032-2033年完成。

如果上述計劃都能順利，仿星器、環(huán)磁機(jī)、激光引爆，到底哪個技術(shù)才是核融合的“真命天子”？或許2030年代就會揭曉，若又是不斷延期、追加預(yù)算，那恐怕就只能停留在“未來能源”，但下一步是：如何將發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換成電力，這也是重大挑戰(zhàn)。

（首圖來源：Proxima Fusions）

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