"I had three chairs in my house; one for solitude, two for friendship, three for society." -Henry David Thoreau (1854)

星期六, 1月 01, 2005

[科技]能源新星誕生(1)


日本六所村的J-60裝置, 圖片來源:聯合國原能總署

明年(2005)的年初,日本一項高達十億美金的實驗計劃”能源
之星”再啟動,將會為後代的子孫帶來安全、乾淨、取之不盡而
用之不竭的新能源供給方式。

撰稿: 湯姆‧哈蘭
(Tom Holland)
中文翻譯: Leon


在日本本州島北方延伸的是一塊平坦,未開發或耕作的處女地
。六所村,這裡覆蓋著毛狀的芒草、灌木、矮小的雲杉等植被
,是野生的兔子、狐狸,及亞洲黑熊的樂園。只有一塊幾乎被
雜草掩蓋的告示牌上寫著此處是野心勃勃的科學試驗預定地。
倘若這項實驗成功,將會是一項遠比60及70年代阿波羅號太空船
登陸月球或80年代以來,超級對撞器實驗等任何一項更為成就
卓越、對人類更有貢獻的科學發明。


如果一切順利的話,日本政府在2005的上半年將會在六所村建
造硬體的工程,開始一項最新的跨國合作科學實驗: 一座核融
合反應爐(nuclear-fusion reactor)。


‧核融合比起現今使用的核分裂技術是安全而且無污染的,但
核融合是物理學科技的最前端,而且所需費用也是一筆天文
數字。

‧日本政府計劃主持一項十億美元的計劃案,目標建造一座人
類史上最大的核融合反應爐,而後為這個世紀的核融合發電廠
鋪路。

‧六個國家組成中心集團,將會決定在法國或日本建造反應爐。




幾十年來,利用核融合產生能源一直是核能物理學家的夢想。
太陽就是用核融合反應發光發熱,預言家預測倘若能在地球
上掌握核融合技術,長遠威脅全球經濟的能源危機將一勞永逸
、迎刃而解。


有別於石化燃燒發電產生的污染,核融合並不會排放出環境
有害的物質。它的燃料來自充沛的海水,沒有任何的限制。
相照今日世界上核能發電廠所使用的核分裂反應,核融合並
不會有核子武器擴散的危險,也沒有會失控的連鎖反應而導
致輻射外洩,更不會產生高劑量的輻射性廢棄物。核融合反應
帶來的是新世代乾淨、安全、取之不盡而用之不竭的能源。


許久以來,以核融合發電的夢想對科學家而言是幾乎不可能
實現的事。而現在這個想法逐漸地改觀,在日本及歐洲的實
驗結果顯示出要承載如太陽核融合般等級的機器是可以建造
出來的。而那些機器也的確能製造出比花費更多的能源。


問題出在於機器,托卡馬克(Tokamak,譯註:一種杯狀高溫
等離子體發生裝置) 不但是核子物理學先鋒,要價更是驚人。
距離核融合反應要實際應用在商業上的生產能源仍需要進行
價格不菲的實驗及數十年的研究。


日本托卡馬克的中央真空室, 圖片來源聯合國原能總署



在沒有任何一個國家願意獨資贊助研究下,六國所組成的放
款銀行團已凝聚共識,計劃建造一座花費近十億,人類史上
最大的扥卡馬克。設計者希望這座跨國的熱核子融合實驗反
應爐- 伊塔(Iter, International Experimental Thermonuclear
Reactor) 將能夠消除大眾的疑慮,肯定核融合為下一世代
的能源,並且為本世紀中的核融合電廠鋪路。


伊塔計畫是一項媲美國際太空站或是像在瑞士的歐洲核能研究會
(CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)
的國際性組織。但不同的是成員並非泛歐的會員國或是歐洲軸心
國,而是史無前例地,亞洲的國家扮演領導的角色。


一直以來,日本在核融合研究的領域居執牛耳的地位,日本的
科學家和工程師也是伊塔計畫的核心成員。現在大陸和南韓也
參與了跨國放款銀行團與美國同一陣營,藉以牽制歐盟與俄國
在研究計畫案裡的優勢地位。


儘管擁有主導權的背後是亞洲巨大的利益在支持著,伊塔在亞洲
建造的可能性卻是搖晃不定。政治的力量的推手操縱著需要大量
投資的科學活動,除了日本的六村所(Rokkasho),也面臨其他
的嚴苛競爭,如歐盟即大力支持在法國卡達拉什(Cadarache)建廠。


而伴隨高達美金十億的投資額來的是一個龐大的賭注,贏家將
接收高額的科學與經濟上的報酬。而法國與日本都不想在這場競賽
中落馬,結果是無解的死結- - - -過去一年伊塔會員國為了
核融爐地點爭吵而互不相讓。


而現在時間可能不夠了,除非能有快速的結論,否則國際間凝聚的
共識很可能會雲消誤散。負責倡導伊塔計畫的日本原能會
(Japan Atomic Energy Research Institute’s office, JAERI)所長
Yoshikazu Okamura說“我希望我們能夠在今年(2004)年底前
達成共識,打鐵趁熱,不然伊塔就會難產,這也不是我所樂見的”
。然而即使能排除掉政治的因素,科學家與工程師面臨的技術層
面的困難度也不亞於政治角力。當核融合反應時,氫原子互相碰
撞射出另一種重金屬,氦,並釋放出高能量的中子。捕捉並且使
這些能量轉換成為熱與電能將會是新生代的能源方案。


難以克服的是一開始的讓氫原子碰撞並產生融合。地球上只有在
溫度超過攝氏百萬度以上(六倍太陽中心的溫度)氫原子才有可能
發生碰撞。處理如此高溫技術而言可能很棘手但絕非不可能。
在如此高溫下,氣態原子被剝離外部環繞的電子,留下帶正電赫
的核子。這種蒸氣在核子物理學稱之為電漿。因為電漿本身帶有
電力,所以即使在極高的溫度下也可以用磁場來控制。


也只有在如此高的溫度下,於強力的磁場裡注入帶著多中子的氫,
核融合反應才會在地球上發生。


在過去,技術難以克服的是為了達到數次的核融合,必須需要遠
超過預期的能量與加熱與控制電漿狀態。結論是像托卡馬克這種
甜甜圈形狀,作為研究電漿與核融合用途的真空密室,在過去被
認為是科學家昂貴的玩具而被一一被裁撤。美國在1997年關閉位
於普林斯頓主要的托卡馬克。


然而事情有了出人意料的發展,位於英格蘭近牛津郡的歐洲核融
研究中心(Joint European Torus, JET)與在日本東京北邊
的NAKAJT-60 實驗研究室裡用來研究電漿物理學的托卡馬克,
接連釋放出比機器本身消耗更多的能源。
(二之一)

譯自Far Eastern Economic Review 2004 十一月號,
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