中國準備創造核融合歷史

中國準備創造核融合歷史
知識通訊評論第43期

在新一代全超導磁鐵托克馬克裝置協助下，科學家將詳細探查電漿物理學的發展潛力。

世界上第一座完全利用超導磁鐵的托克馬克核融合裝置，很快就要產生出一次離子化氣體或電漿的能量釋出。假如一切按照計畫，幾個星期內中國的「實驗性先進超導體托克馬克計畫」 (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)，就會產生出第一個電漿。

EAST 利用超導線圈，造成的磁場可將電漿侷限在稱為托克馬克，狀如甜甜圈容器內。此電漿的運作反應，應可為核融合作為能源來源的潛力，帶來新的希望。

傳統的實驗用核融合裝置，使用銅質或是銅質與超導體混合而成的線圈，以磁場侷限住熱電漿。但是銅質線圈會受熱升溫，必須定期冷卻，因此限制了它的運轉時間。 EAST 只使用超導體線圈，所以能夠持續運轉。

這個價值二千五百萬美元的裝置，為即將於法國建造，價值數十億美元的「國際熱核實驗反應器」 (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) 核融合實驗鋪路。預定在二○一六年開始運轉的 ITER ，也有類似的全超導體設計。（詳見《知識通訊評論》第四十期〈渾沌掌控核融合〉）

中國科學院電漿物理研究所 EAST 計畫副總經理兼主任工程師翁佩德表示，他們需要的是可供長期使用的新能源，核融合就是其一；若要供商業使用，為了要持續運轉，反應爐就必須是超導體設計。

中國在一九九八年批准建造這台裝置，做為朝向新能源發展努力的一部份，二○○○年興建工程在中國安徽省的合肥展開。擁有一百五十名成員的 EAST 團隊，進口一些建造裝置用的原料與零件，不過設計跟裝配則不假他人之手。

EAST 的容量僅達日本 JT-60 托克瑪克裝置的十分之一，更只有 ITER 預計容量的百分之一。它不會產生核融合電力，是設計用來研究先進托克馬克裝置的物理原理。從加熱的氫氣製造出來的第一波電漿，可能只會持續幾秒鐘而已；不過擁有 JT-60 托克馬克裝置的日本原子力研究開發機構那珂核融合研究所，幾個星期前才造訪 EAST 的主任常松俊英 (Toshihide Tsunematsu) 表示，這將是非常重要的向前一步。

EAST 團隊最終希望能夠讓研究用的電漿持續達一千秒之久。其他的托克馬克裝置只能維持電漿幾十秒而已。

南韓目前也在研發類似 EAST ，稱為「韓國超導體托克馬克反應爐」 (Korean Superconducting Tokamak Reactor, KSTAR) 的托克馬克裝置，預計將在二○○七年年底完工。日本亦計畫在幾年內升級 JT-60 ，使它完全超導體化。

ITER 假想外貌圖。

國際物理學家讚揚中國目前的成就。EAST國際顧問委員會中的二十五名物理學家，二○○三年到中國訪視那個計畫 。

位於美國紐澤西州普林斯頓的普林斯頓電漿物理實驗室的物理學家，同時也是 EAST 國際顧問委員會成員的密德 (Dale Meade) 表示，去訪問的每個人都印象深刻。該委員會計畫在今年十月再舉辦另一場會議，中國屆時會主辦一場國際原子能委員會的研討會。

常松俊英表示， EAST 的研究員此時有許多待做的工作。他們必須改良一些像是電漿加溫裝置的關鍵性科技，也要有能力長時間有效控制高溫電漿。他說中國面對的將是真正的挑戰。