聚變是輕質原子聚變時產生的一種核能形式，是每顆恆星核心的工作過程，釋放出巨大的能量。研究人員一直在嘗試利用融合併以可控的方式在地球上複製它。如果他們成功了，他們將為世界提供安全、可持續、環保和豐富的能源。2022.09.18

幾十年來，科學界一直在追求核聚變，但現在研究已經到了關鍵階段，因為科學家們正在建造一個實驗反應堆，有朝一日可能會證明聚變可以在商業上用於發電。

什麼是融合？

50 多年來，核電站通過裂變產生能量，在這個過程中，鈾等重元素被釋放熱量的中子轟擊。

另一方面，核聚變基於相反的原理。在聚變反應堆中，輕原子核在高壓和高溫下被壓縮形成較重的原子核並在此過程中釋放能量。必須優化該過程以產生比消耗更多的能量。有了足夠大和可持續的能源“利潤”，聚變可以用於商業發電。

核聚變中使用的主要燃料是氘和氚，它們都是氫的重同位素。氘僅佔天然氫的一小部分，僅為 0.0153%，可以從海水中廉價提取。氚可以由鋰製成，鋰在自然界中也很豐富。

理論上，一升水中的氘量可以產生與燃燒 300 升油一樣多的能量。這意味著海洋中有足夠的氘來滿足人類數百萬年的能源需求。

融合方式

建造能夠承受該過程產生的巨大溫度和壓力的聚變發電廠是本世紀最大的工程挑戰之一。由氫同位素氘和氚組成的燃料必須加熱到大約 1 億攝氏度。在那個比太陽還熱的溫度下，形成了完全電離的氣體等離子體。然後等離子體將被點燃以產生聚變。目前，科學家們正在研究兩種實現核聚變的方法：慣性和磁約束。

在慣性約束系統中，離子束或激光束用於將豌豆大小的氘氚燃料芯塊壓縮到極高的密度。當達到臨界點時，通過衝擊波加熱點燃顆粒。

使用這種技術的聚變發電廠每秒會多次點燃燃料芯塊。然後將產生的熱量用於產生蒸汽，為發電渦輪機提供動力。

在磁約束系統中，電磁體用於容納等離子燃料。最有希望的選擇之一是託卡馬克裝置，它在一個環形腔室中包含等離子體。在等離子體中感應出強大的電流，導致溫度升高。等離子體也被輔助系統加熱，例如微波、無線電波或加速粒子。在這個過程中，達到了幾億攝氏度的溫度。

對人類的好處

核聚變能的潛在優勢是多方面的，因為它代表了一種長期、可持續、經濟和安全的發電能源。

燃料在自然界中既便宜又豐富，而通過聚變產生的長壽命放射性廢物和溫室氣體的數量卻很少。

雖然核聚變研究仍在繼續，但許多與等離子體物理學和聚變技術相關的衍生產品已經在造福社會。這些包括改進材料研究，如陶瓷、金屬和塗層，以及工業工藝，如焊接和廢物清除。