新聞中的科學>>>核融合~能源的另一個可能

一、時事掃描                      以下照片與內文引自聯合報2013/3/25

                                                                         影片則是筆者在從影音網站中整理,可幫助閱讀者學習科學概念。

日本福島災變將屆滿兩周年,核能發電安全問題近來引發全民關注,如何找出不會汙染環境,又供應無虞的永續能源成了現今人類的最大挑戰。而科學家們經過半個多世紀的研究,「核融合」(又名氫融合)的技術逐步取得進展,可能成為未來能源問題的最終解決方案。

位於美國紐澤西州的普林斯頓大學,在一片茂密的樹林遮蔽下豎立著幾棟不起眼的建築物,這個名為「普林斯頓電漿物理研究室(PPPL)」卻集合了來自美、中、台、韓、日、俄、加、印度等國的上百位科學家,而他們所進行的「核融合」研究,可能改變地球未來的能源使用。

01美國普林斯頓電漿物理研究室的核融合反應爐NSTX(國家球形環實驗裝置),目前正進行升級改造工程。 華盛頓記者賴昭穎/攝影

台裔的李為力是PPPL的傑出學者,在聞「核」色變的年代,他說,核融合其實和目前一般認知的核能發電不同,主要是以氫為原料,經過一連串物理作用後發電。李為力解釋,包括太陽在內的所有恆星,發光發熱的來源都是利用高熱將氫轉化為電漿狀態,經過核融合反應後釋出能量。

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NSTX-U國家球形環實驗裝置(升級版)圖/普林斯頓電漿物理研究室提供本報系

將氫轉化為電漿

PPPL目前正在重新改良原有的核融合反應爐NSTX(國家球形環實驗裝置)。

NSTX計畫主持人小野雅之表示,「簡單的說,我們就是要在地球上建造一個小太陽。」

至於核融合是如何產生能量呢?

小野說,核融合的原料主要是氫的同位素氘、氚,

氘可從海水取得,

氚則可從鋰提煉,兩種都是蘊藏豐富的原料;

但因為氘和氚都帶正電,因此必須在反應爐內加熱到上億度的高溫使之成為電漿狀態,

進行核融合過程。

不過,李為力說,因為地球的地心引力太輕,無法控制電漿,加上目前也沒有可以承受如此高溫的容器,因此透過強力磁場束縛(confine)電漿,避免電漿產生的熱能耗損。

李為力表示,氘和氚在反應爐內進行核融合後,會產生中子,中子不斷撞擊反應爐壁的調節器,因而產生熱能;接著讓爐壁外產生蒸氣,再由蒸氣去推動發電機,就完成整個核融合發電。

03核融合發電流程圖 圖/普林斯頓電漿物理研究室提供聯合報系

核融合發電的理論很簡單,但要複製一個太陽並不容易。除了高溫電漿難以控制,小野指出,由於必須用強力磁場束縛高溫電漿,因此能源供應會出現「入不敷出」的現象,而PPPL目前進行的NSTX升級後,相信只要原本的三分之一或四分之一磁力,就可產生核融合能源;而只要成本降低,將有助於推動商轉。

https://youtube.com/watch?v=ZRvHsJlgr8Q%3Fhl%3Den%26hd%3D1
國科會提供的核融合發電介紹
https://youtube.com/watch?v=KFmNcB5_YHo%3Fhl%3Den%26hd%3D1
有較清楚說明磁場對於反應爐的作用原理
https://youtube.com/watch?v=9B0PaSznWJE%3Fhl%3Den%26hd%3D1
美國天才兒童:Taylor Wilson 是的! 我蓋了一座核能發電廠
https://youtube.com/watch?v=UK8ccWSZkic%3Fhl%3Den%26hd%3D1
辯論:這世界需要核能嗎?

二、命題趨勢

此新聞與國中理化相關的題材為:同位素、質能互換原理、原子結構、質子、中子。

三、牛刀小試

 

答案:

解析:

四、歷屆考古題

 

宜蘭縣冬山國中楊旺祥老師/撰寫

楊旺祥

冬山國中理化老師

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