Page 28 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

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INNOVATIONS
創新天地
科學理論新突破
可望提升核融合能源輸出量
Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times歐洲特派記者
洛桑聯邦理工學院(EPFL)旗下的瑞士電漿中心(Swiss Plasma Center)科學家們，最近重寫了核融合的基礎電漿定律，揭露了更 多的氫(hydrogen)可能被安全地部署於核融合反應爐，並因此提 高能源生產量。
粒子結合。 當電漿粒子帶電並碰撞，溫
看好核融合物理學的卓越商 機，EPFL的物理學家在歐盟的一 個合作研究計畫下，檢視了30多年 來支撐電漿與核融合研究──包 括主導像是國際熱核融合實驗反 應爐(ITER)等大型研究專案──的 基礎定律之一。新的數學物理(經驗 性)發現，證實了額外的氫可以被安 全地應用於核融合反應爐，以提高 能源輸出。
國際間有數個研究專案聚焦於核 融合能源，ITER是其中之一，其目 標是製造出高溫電漿，以提供發生 核融合的恰當環境，並產生能源。
度就會開始升高。利用目前的技 術可望達成核融合所需溫度(1.5 億~3億°C);ITER是以超導磁鐵 ──為極向磁場線圈(poloidal field coils)結構──來容納電漿 (環狀磁場線圈)，並維持其形狀 與穩定性。
著眼於雄心勃勃的對抗氣候變 遷目標，使用更潔淨的能源以實現 綠色轉型成為各國的關注焦點;不 過僅投資可再生能源，可能不足以 確保經濟可靠性以及穩定的能源供 應。因此核融合無疑成為能源領域 的「聖杯」，而在太陽能與能源儲存 能夠推動我們即將經歷的能源革命 之前，還需要很多年的時間。
電漿類似一種氣體，是由帶正 電的原子核以及帶負電的電子所 組成，其密度大約是我們所呼吸空 氣的100萬倍。電漿是透過將作為 「核融合燃料」的氫原子置於超高 溫度(比太陽核心的溫度高10倍)下 所製造，迫使電子從其原子核中分 離;其過程是在一個形狀像甜甜圈 (環形)的結構中發生，被稱為托卡 瑪克(tokamak)。
根據EPFL的專家說法，要產 生核融合所需的電漿，需要考量三 個基本條件:高溫、高氫氣密度， 以及有效的侷限(confinement)。 瑞士電漿中心的物理學家Paolo Ricci發現，規劃中的ITER托卡瑪克 能以兩倍的氫來運作，因此能產生 比過去所認為更多的核融合能源。
核融合是讓兩個原子核 (atomic nuclei)合而為一，並因此 釋出巨大的能量;我們每天感受到 太陽的光與熱就是來自於此。目前
托卡馬克內的甜甜圈形狀真 空腔就是它的心臟，當氣態氫燃 料暴露於高溫下，會轉化為電漿; 電漿為輕量元素提供混合並產生 能量的環境。電漿中的帶電粒子以 強力磁圈塑形，讓加熱的電漿離開 結構壁，同時又保持足夠的厚度讓
美國麻省理工學院(MIT)電 漿科學與核融合中心(Plasma Science and Fusion Center)的 專家Martin Greenwald (在1988)
www.eettaiwan.com | 2022年7月
ITER專案
專家們指出，在托卡瑪克中 產生電漿的限制之一，就是可用 的氫氣量;不過如果添加更多 燃料，就會出現所謂的「擾動」 (perturbation)，或者說電漿侷限 的損耗。而研究人員一直以來致 力於預測可使用的最大氫氣密度。
新理論