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Re: [閒聊] 核融合比核分裂,發電運用要難幾倍?

看板C_Chat標題Re: [閒聊] 核融合比核分裂,發電運用要難幾倍?作者
litcurler
( )
時間推噓推:154 噓:0 →:82

※ 引述《Emerson158 (紅豆 X 八嘎 X 烏魯賽)》之銘言:
: 大家都知道,目前商轉的核電廠都是使用核分裂,核融合只存在例如 神鬼至"尊!" 之類的
: 電影中
: but! 動漫神奇的地方就是,像鋼彈這樣的作品也能空想出超小型核融合爐這種黑科技,: 雖然多參了一個"米諾夫斯基例子"來協助,去圓它的運作原理
: 連種鋼都只有設定中子干擾器跟反中子干擾器,中子干擾調節器等等 還是圍繞在核分裂: 那麼,核融合比核分裂,發電運用要難上幾倍呢?

你好 小弟目前在國際核融合能源研究中心當廉價勞工

就讓我試著回答這個問題吧 :)

我們研究所全名是 International Fusion Energy Research Center (IFERC)

這是ITER計畫中的一個子計畫,

用意是打造一個能夠支援法國ITER遠端實驗、承接ITER的商用示範爐開發

以及協助各參與成員國自家實驗爐研發的研究中樞。

由於ITER這個階段性目標已經達成、

現階段我們將目標放在獲取候選材料在建設商用示範爐中所必須的實驗數據

這些數據將用來制定實際建廠以及運轉時所需要的工程規範

核融合爐目前的挑戰之一在於裝承高溫電漿的真空容器、偏濾器(divertor)

以及讓燃料達成自給自足的breeding module和相關組件的使用壽命

尤其是前兩者,由於會直接和高溫電漿接觸所以難度是最高的。

候選材料如低放射化鋼、鎢、銅鉻鋯等合金都尚未能完全滿足模擬結果所需要的條件

從歷史來看、這些候選材料都是從1980年代就開始研發、

目前才改良到可以應用於ITER的程度。

是的,模擬是模擬但工程是另一個議題,所以改良之路還相當漫長

由於是專門為了核融合所特化的材料因此沒有前例可循

至於breeding module部分,概念上是利用電漿中的中子撞擊鈹和鋰等以倍增氘氚

鈹化合物和鋰化合物小球又會填充在真空容器當中

所以挑戰在於和低放射化鋼的相容性、以及如何把氘氚取出來的工程問題

這部分的開發計畫統稱為Testing Blanket Module (TBM)計畫

這邊所規劃的實驗藍圖是2030到2040年

這是核融合爐獨一無二的設計所以難度無法量化 XDD


至於如何應用核融合反應所產生的熱能

其實還是回歸到燒開水這條路、差別只是在如何把熱能傳遞到水這邊而已。

歐盟選擇鉛鉍冷卻而日本選擇了輕水冷卻,也有國家選擇融鹽。

這邊的發電系統和現行的壓水式爐子很接近 (就是台灣核三廠的設計)

鉛鉍、融鹽爐的概念設計早在70年代的美國跟歐盟都有研究過惹

所以難度相對沒那麼高

下一個挑戰是能量淨輸出,也就是最常聽到的Q值

(定義為 系統輸出能量/輸入能量 的比例)

ITER的目標是Q>10、而商用示範爐目前的定義是Q>20

ITER目前正在拚2025年前完工並且點火

希望這些資訊對你有幫助 :)

--

※ PTT留言評論
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.7.202.6 (日本)
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※ 編輯: litcurler (118.7.202.6 日本), 08/20/2022 22:14:58

abechang08/20 22:14沒錯,跟我想的一樣(X

Xpwa563704ju08/20 22:17雖然不懂但是推就對了沒錯吧

bluerain095808/20 22:17認真問 是不是技術已經可行了 往商業化邁進?

kaj198308/20 22:18看來有生之年是不會用到核融合發的電了

bye200708/20 22:19加油!

labbat08/20 22:21常聽到耐極端高溫的合金技術,反而不太會提低溫核融合技術

labbat08/20 22:22利用磁力懸空終究只是削弱高溫的傷害

mucorn08/20 22:22ptt真的一堆神人

Deparic08/20 22:22目前新創界很多邪門歪道,有可能突破材料瓶頸嗎?

Todou556608/20 22:24可以列一個世界各單位的Q值結果對上時間的分佈圖嗎?

Todou556608/20 22:24這樣大家可以更簡單了解這數十年的進展

https://en.wikipedia.org/wiki/Lawson_criterion 供參

spfy08/20 22:25喔喔 跟我想的...

inte629l08/20 22:27

abadjoke08/20 22:30所謂人類文明的演進就是用各種不同的方式燒開水

沒錯!

gn0110236808/20 22:30我以為這裡是西洽...... 原來......欸?

sorochis08/20 22:31我想得比較單純,本以為Q只要大於1就有展示的價值,但你

sorochis08/20 22:31們單位的目標居然是10

sorochis08/20 22:32這應該已經是商用得規範了吧,遠超過展示用

是大於20 :)

zwxyzxxx08/20 22:32看不懂 純推

Emerson15808/20 22:32好!跟窩想得一樣(低頭) (抬頭)2025樂觀嗎?

yccm08/20 22:33這裡是西恰,不是研究俱樂部

spfy08/20 22:33>1只是研究上有意義吧 真的要商轉有一堆其他的考量

wl0053318008/20 22:34跟我想的一樣

jk18908/20 22:35光是容器的材料技術就是一個難關了吧,要普及商業化就得把

jk18908/20 22:35材料技術成本壓低

sorochis08/20 22:35樓上上,但她們單位不是商轉等級,定的卻不低啊

NagiYan08/20 22:362025應該做的比兩兆風電還快吧

owen9108/20 22:36不好意思你說Testing Blanket Module (TBM)計畫 部分的進

owen9108/20 22:36度可能要2030-2040 ,那2025年如何運行?

ITER計畫和TBM計畫是平行進行的。 研究所大約從2015起開始著手製作sub-module以及實驗室等級的實驗設備 預計2030年前能準備好實驗組件以及實驗設備 接著是2030-2040年的研發調整。 如前述所提,IFERC作為ITER的遠端支援 TBM屆時也會插入ITER真空容器中預留的孔位來進行真正的實戰實驗

Bugquan08/20 22:36我比較好奇你是讀什麼科的?物理?核工?

jk18908/20 22:38我記得日本之前也有選融鹽式,後來也有中子爐

BANDITCS08/20 22:38商用沒那麽簡單,考量點不一樣,更別說licensing層面...

其實各國的獨門設計都是為了卡專利搶licensing話語權阿

sifa102408/20 22:39推 希望核融合測試能在預定時間完成

sifa102408/20 22:39不過想請教一個問題

sifa102408/20 22:39核融合所需要的溫度非常高

sifa102408/20 22:39那大概需要多少能源才能夠啟用

是指點燃電漿並達到穩定態時所需要的能量嗎? 印象中還好,如果國家有穩定且多餘的電力都能順利點燃。 英國的Joint Europe Torus、日本的JT-60都運轉了數十年 也沒發生像新世紀福音戰士那樣開一發槍會讓全島大停電的大事 所以目前重心都放在如何降低點燃以及維持穩定所需的能量並延長穩定時間。

CATALYST000108/20 22:41現在原料是用氫跟氘嗎???

LiNcUtT08/20 22:44期待物理學精金出現XD

Lucas080608/20 22:49我還真難想像有什麼人造材料能抵抗上億度的電漿

我辦公桌上就有囉

whiteegg08/20 22:49認真覺得 只要再來一次世界大戰 核融和技術一定會有飛

whiteegg08/20 22:49越性的突破

TeamFrotress08/20 22:50西洽大學原子能研究所教授暨所長

Bugquan08/20 22:51世界大戰,美國打其它國都嘛屌打,除非中俄聯手作亂吧

iwilltry08/20 22:54

JingPingKing08/20 22:54跟我....算了

luvstarrysky08/20 22:54商轉30年內都別想了

roger262390008/20 22:55說的沒錯 跟我想的一樣

labbat08/20 23:01冷戰地緣政治再度興起,怎麼不是美國向俄國投降咧

reaturn08/20 23:01中國一直放消息說成功,科科

a2035056708/20 23:02好奇問一下 以你的觀點來說 你認為台灣的核能發電如何

wqa87031408/20 23:02沒錯 跟我想到一...

jasonwung08/20 23:09

sifa102408/20 23:09感謝回答!

Thide08/20 23:15原來中文也能讓人完全看不懂

orze0408/20 23:15拘束磁場每分每秒都在變 沒控制好就是讓電漿打到爐壁上

starsheep01308/20 23:16趕快推一下不然被發現我看不懂

Yanrei08/20 23:16好奇想問一下,中國那邊是真的有像他們宣傳的那麼領先世

Yanrei08/20 23:16界嗎?XD

orze0408/20 23:16低溫核融合要超高壓力 內爆/雷射/磁力/重力

lanjack08/20 23:16先推一下以免人家以為我不懂

kenny88103108/20 23:18我文組 請問這是綠能你不能嗎

probsk08/20 23:18托卡馬克式Q>10沒什麼問題吧 問題是無法長時間維持

weebeer62608/20 23:19好厲害

orze0408/20 23:19雷射就NIF,和托克瑪克完全不同的另一套系統

BANDITCS08/20 23:19我倒是比較好奇crystal confinment fusion..cold fusion

diablo8132108/20 23:20簡單說 就是發出能量沒問題 但沒外殼之類的能用嗎

簡單說就是你手中有一個瓦斯爐用的煮水壺 但它只能幫你撐十秒 只是我個人還不清楚是瓦斯先消火還是壺子先失效 XD

BANDITCS08/20 23:20還是有一批人在發展當初cold fusion背後的理論,看起來

BANDITCS08/20 23:21好像可行,但是想一想應該沒辦法維持...當大量反應之下

BANDITCS08/20 23:22熱量會讓原子間隙增加...反應的機率會下降吧...

BANDITCS08/20 23:23核分裂物理相較簡單多了,只要控制中子分布就行了XD

核分裂的中子物理和反應爐物理相較之下真的很簡單 XDD

BANDITCS08/20 23:24然後我上面說的licensing,就算是現在正熱門的SMR,挑戰

XFarter08/20 23:24外行人推 所以想冒昧請問,ITER 以及相關計畫現在的最大

XFarter08/20 23:24的問題點在如何開發 / 找到一個新的材料嗎?

雖然高熵合金等新材料相當有潛力但實驗數據畢竟是從零開始堆 從這層面來說開發難度更高 除了錢、人類還有沒有耐心再花五十年等一個新材料問世也是個問題 所以研發向來都是傾向從當時手中最好的材料來做改良 1950年代的核分裂爐子也是秉持這個原則、借鑑火力電廠蓋出來的

vincecarterx08/20 23:24

BANDITCS08/20 23:25還是很大,畢竟目前的regulation都是基於輕水,要如何

BANDITCS08/20 23:26調整至不同類型的反應器,主管機關需要跟廠家來往調整

BANDITCS08/20 23:27更別說是核融合,機制完全不同的反應器了

BANDITCS08/20 23:30然後推學長XD

sumarai08/20 23:31真的很厲害

xfaw4d35t08/20 23:31文組:爆炸怎麼辦

要讓它"爆炸"並"持續地爆炸"是最困難環節、我們也想知道 :)

BANDITCS08/20 23:35簡單來說就是要維持連鎖反應,像核分裂很簡單只要中子夠

BANDITCS08/20 23:36就可以維持反應(分裂反應會產出更多中子),核融合是要讓

ponponbear08/20 23:36趕快推文 雖然我好像看得懂XD 推大大神人

BANDITCS08/20 23:36原子距離夠近克服庫倫屏障...這方面概念上就不太一樣

sifa102408/20 23:38核融合連鎖反應,光用想的就覺得困難XD

harryzx008/20 23:40我突然不懂中文了

Nighty722208/20 23:40這種東西穩定性太差跟炸彈沒兩樣。

rayisgreat08/20 23:41推 優文

Nighty722208/20 23:42十幾年前就聽說要用磁力控制了。現在都幾歲了還是生不

Nighty722208/20 23:42出來

看來您對炸彈有得天獨厚的定義 :)

qize142808/20 23:42我只想問你覺得100年內有機會成功嗎?

100年前的人也認為人類無法飛上天空 所以...只要你相信人類可能性的存在

chigo52008/20 23:42C洽真的臥虎藏龍

BANDITCS08/20 23:43我老師就學的時候,她的老師就說再50年可以商轉,我老師

BANDITCS08/20 23:44現在快70歲,她也是跟我們說再50年,拭目以待XD

sifa102408/20 23:46B大我是覺得您可以用回文的方式您的觀點可以被更多人看

sifa102408/20 23:46到XD

sifa102408/20 23:48不過這個能源算是目前最有希望的“綠能”了

speed702208/20 23:48核融合能像炸彈一樣爆炸研究起來搞不好還比較輕鬆

sifa102408/20 23:497年前剛看到這個新技術時我也不相信人類可以把溫度搞到

sifa102408/20 23:49這麼高

sifa102408/20 23:49現在也是被狠狠打臉了XD

max41028608/20 23:54跟我想的差不多

tomalex08/20 23:55(′・ω・‵) 想起SIMCITY的2050 不知道是否有

Nighty722208/20 23:55也是。炸彈反而比較好控制。比喻不恰當

rogerliu12308/20 23:56說的太對了 嗯?

jk18908/21 00:00那些擁核大國都有做過氫彈,所以炸彈不是沒有做過

melzard08/21 00:00推推

EMANON23108/21 00:01大師

Nighty722208/21 00:02氫彈需要控制嗎。差很多好嗎….

EXlikeim508/21 00:07氫彈的點火裝置就是目前就是用原子彈 所以基本上只是

EXlikeim508/21 00:07原子彈外面再包一層氘化鋰 構造簡單的很 當然不一樣啊

EXlikeim508/21 00:07XD

BANDITCS08/21 00:07我對核融合是真的拭目以待,非我專長我無法評論太多,但

BANDITCS08/21 00:08概念機到商轉是一個很長的過程,尤其現在規定又比50 60

BANDITCS08/21 00:08嚴格許多...過去50、60年代可是有辦法蓋一個實驗爐故意

BANDITCS08/21 00:09測試雙重破管、反應度事故,做一個實驗就廢爐的時代

BANDITCS08/21 00:10完全是現在無法想像的事情,從法規管制層面來說,是有挑

tw1508/21 00:10

BANDITCS08/21 00:11戰,不過我對於技術上的突破倒是挺期待的

B大終於講到重點了 除了full scale test窒礙難行、 使用壽命設計標準也已經拉高到60年起跳、 且60年中所產生的廢棄物也得比現行的設計款式來得少才行 遑論背負著能源聖杯期待的核融合爐的開發 如果大環境允許核能可以像風光那樣用半吊子產品透過鉅額補助搶市佔的話 或許人類早就有核融合可以使用了

Justisaac08/21 00:16所以簡單來說 打一仗就會飛躍性突破XD

Justisaac08/21 00:17跟新冠肺炎讓mRna疫苗直接上路差不多的概念

sifa102408/21 00:17目前看起來是非常有希望

sifa102408/21 00:17希望能在有生之年看到商轉的那一刻

UncleRed08/21 00:20那個…一百年前人類就已經飛上天空了啊(認真)

CaponeKal08/21 00:21人類還沒想出比燒開水更有效率的轉電方式...就算核融合

CaponeKal08/21 00:21很成功好了 一次產生大量能量然後咧...下一步怎麼來的

CaponeKal08/21 00:21及轉換...

燒開水 :)

BANDITCS08/21 00:23有阿...融鹽存熱現在很夯,Terrapower也在搞這個

BANDITCS08/21 00:23熱轉換損失不大

cn556608/21 00:28原po應該是想說飛上太空啦 打錯字

其實不是耶 肥腸爆芡 XDD

mc330832108/21 00:28嗯嗯嗯...

cn556608/21 00:29核融合有辦法像風光那樣用半吊子產品商轉嗎?

cn556608/21 00:30如果可以的話我想中國一定會想辦法先搞出來吧?

tso140857908/21 00:34不明覺厲

Repulse08/21 00:38

dragon884408/21 00:39跟我想…不是 我連看都看不懂啊啊啊啊 我走錯了嗎

LeonBolton08/21 00:41現在是卡在能長久穩定的扛住破億度高溫,又能熱傳導燒

LeonBolton08/21 00:41開水的新材料嗎?

已經有了、就是低放射化鋼。 不過這只是個概念並沒有固定的元素成分規範 所以目前日本、歐盟、中國都有自家獨門調製的材料 目前走在最前面且已經應用在ITER上的是日本的材料

caryamdtom08/21 00:42ptt真的臥虎藏龍

aq200aq08/21 00:43嗯嗯嗯我也是這樣覺得

g30f6808/21 00:44沒錯 和我想到一樣

alexqwer08/21 00:47沒錯沒錯就是這樣

Hsieh45512508/21 00:54有神快拜

light194508/21 00:56

linja08/21 00:59請問成功商轉的話核融合算是綠能嗎

starwillow08/21 01:05西洽真的臥虎藏龍耶厲害

BANDITCS08/21 01:09現在核分裂發電已經被歐盟列為綠能了,沒理由核融合不算

sifa102408/21 01:13有些核融合還是會出現核廢料

sifa102408/21 01:13但周期比核分裂出來的還要短的多

eyb60208/21 01:24現在不只是要扛住上億度高溫 連要維持這個高溫都很難

inte629l08/21 01:28看到德國那個stellarator 那螺旋對稱環磁構造好帥

YellowTiger08/21 01:32感謝 這個資訊對我來說很有幫助

YellowTiger08/21 01:32有神快拜

jk18908/21 01:37那個真空容器材料只能期待外星科技了吧,現階段的治金科技

jk18908/21 01:37還有很多技術需要突破

我辦公桌上就有囉

tiger87031608/21 01:41沒錯我也是那麼想的

ccs10020308/21 01:44看不懂:(

jk18908/21 01:46其實用最簡單的說法就是用目前人類所有的科技去製造一個超

jk18908/21 01:46小型恆星(可控太陽)

rickphyman4208/21 01:56大大太猛了吧

j02201508/21 02:02所以鍋子的材料已經處理的了了 只是實踐上需要時間

b16016008/21 02:12ptt 的專業回來了 就是要這種優文

ilikekobe0108/21 02:17人類的外來就靠你們了

"未"來

orze0408/21 02:29法規問題一直都是最大阻礙

orze0408/21 02:30醫學倫理限制了一堆人體實驗的進行

thevoidfancy08/21 02:57請問要請幾個魔劣的魔法師才能達到Q>20

沒看過

tim1913108/21 03:04Dr.STONE早就告訴各位了,人類有無限可能,只是需要時間

notneme15908/21 03:16幫高調 專業

michael1995y08/21 03:23又出現一篇通篇中文可是我三小都看不懂的文了,我

michael1995y08/21 03:23的智商在哭泣,只好推個專業了

JoeyChen08/21 03:39感覺原po對核融合發電的發展很樂觀耶

bitcch08/21 03:52人類的未來就靠你們了

doomsday072808/21 04:09我只知道融鹽用在光電儲能

lavendin8208/21 04:14跟我想的........抱歉我都在放空

karta203215008/21 04:19果然PTT是個學術論壇

kuwawa08/21 04:32人類的希望,真正的菁英,你比臉書那些年薪百萬美金的工程師

kuwawa08/21 04:33偉大多了

我們的薪水只有他們的5%~10%左右

CNCl08/21 04:44太神啦 最近沒什麼時間關心能源 感謝新資訊

s801857208/21 05:23wtf 這也釣的到

zero9515408/21 05:25果然是學術論壇

s801857208/21 05:26吐槽一下你的推文回文 100年前是1922 那時候已經有飛機

s801857208/21 05:26

ikaros3508/21 05:33PTT各種臥虎藏龍

v226651408/21 05:50見識到我不了解世界的一角,感謝說明

l202213467908/21 06:05嗯!嗯?嗯!

powerup08/21 06:06專業看不懂推!!

foxvera08/21 06:15聽不懂您在講什麼,不過希望您們繼續努力造福人類和環境

foxvera08/21 06:15,加油!

Freeven08/21 06:50我看不懂,但我大受震撼

vulpuff08/21 07:03我就是這樣想的

hsiliang08/21 07:07把核融合變成炸彈就是氫彈啊,氫彈就是核融合啊

sake79062008/21 07:08?????哦跟我想的一樣

fth86208/21 07:14都是中文 拼在一起沒一句能看懂

ibad556608/21 08:02the power of sun

wate556608/21 08:28長知識了

mingshin123508/21 08:34西洽 OK

waree08/21 08:59請問貴單位人數有多少..ACG點就是..用Z合金解決(誤)

thegiver21008/21 09:10我看不懂,但跟我想的一樣

ryanmulee08/21 09:12嗯,我也是這麼覺得

timke08/21 09:15這裡是核能俱樂部,不是群聊 咦?

sxing632608/21 09:31反正核融合結尾永遠是再五十年後就有希望了,跟五十年

sxing632608/21 09:31前講的完全一樣

monkey013508/21 09:46

crazylin92408/21 09:54人類文明就是用不同的方式燒開水XDDD

crazylin92408/21 09:54這句話笑死

sotali30608/21 09:58核融合真的是人類文明的希望

OLdk112308/21 10:00推 人類的希望

vios08/21 10:06Go!!

RS952708/21 10:12技術看不懂 推高手分享高難度燒開水

kaltu08/21 10:23發言權和說話權,都已經全面被話語權取代了

raye68od08/21 10:40外行問個,把鈹跟鋰填充在容器中會造成相容性問題,還

raye68od08/21 10:40有氘氣難以取出,那這樣的設計能換得什麼樣的好處?

在40年代,大神們就決定把物質的潛力運用到極致, 也就是連中子、質子和電子都納入運用 這塑造了核能發電的核燃料有著自產自銷、自給自足的一個特色 核融合爐也傳承了這個特色故選擇將鈹跟鋰化合物填充於真空容器的爐壁中 以有效利用打進爐壁的中子 這樣做也能幫忙吸收一部分中子從而降低打進真空容器本體的數量就是惹

GenjiEd08/21 11:26飯盒要失智了嗎

INIKS08/21 11:26Q大於10,是模擬結果嗎?目前在組裝的設備,是要驗證磁場拘

INIKS08/21 11:26束狀況嗎?

ITER的目標是 1.實現Q>10 2.驗證電漿物理模型 某種程度上來說ITER比較像是蓋給電漿物理研究者的一個玩具

yellowsnail08/21 12:50

LeonBolton08/21 13:39核融合在反應過程只有中子會釋放輻射(半衰期10分鐘)

LeonBolton08/21 13:39沒有核廢料問題,會有的是如原po講的低放射化鋼

LeonBolton08/21 13:39原po工作有到需要配戴輻射佩章嗎?

sharkman08/21 15:33我可以看看辦公桌上神秘材料的樣子嗎?

sharkman08/21 15:33還是有相關的保密條款不能公開

有興趣的話去Fusion Engineering and Design期刊挖吧 :)

x783421008/21 16:07哇靠神人躲在這

longlyeagle08/21 16:25不知道對新發表的像是用可以聚合衝擊波的晶體

longlyeagle08/21 16:26來進行核融合的看法是什麼?

longlyeagle08/21 16:27我現在才發現我是在西洽看這邊文噎

ShockHo22208/21 17:09看不懂是我太廢嗎?

qscNERO08/21 17:22看不懂推

shyoulol08/21 17:37西洽臥虎藏龍

joewang8508/21 22:59確實 跟樓下想的差不多

※ 編輯: litcurler (118.7.202.6 日本), 08/22/2022 00:14:44

oue08/22 01:11推專業 希望真能夢想實現 辛苦你們了

reexamor08/22 02:30專業U文

j79082208/22 03:04有在關注這個議題,謝謝你的更新分享~

clisan08/22 11:27看不懂,推

litoshon08/22 21:11你們真的是人類的先驅,我同事也是做ITER那邊的,但我記

litoshon08/22 21:11得他說ITER只點火不發電,真的是請你們加油了,不要讓法

litoshon08/22 21:11國那邊的人一直耍傲慢....