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新型電磁鐵助發電減故障省成本 可抵禦高能輻射 冀克服核聚變障礙

發佈時間: 2023/03/03

近年各國積極發展新能源,以取代傳統化石燃料。當中核聚變(Fusion Energy)發電不會產生溫室氣體,地理限制上比風能和太陽能設備的少,所以在低碳能源方面,具有可持續發展的潛力。惟核聚變會產生高能輻射,容易破壞核發電設施,因此現時仍處實驗階段。

有科學家研發一款新型電磁鐵,具有高度輻射抵禦耐受性,有望跨越核能發展的一大障礙。

核聚變的原理是將兩粒氫原子(Hydrogen)結合,產生更重的氦原子(Helium),再通過使用高溫帶電的等離子體(Plasma),讓快速移動的粒子進行融合並釋放能量。太陽產生巨大輻射能量的過程就是核聚變的常見例子。

由於氦氣不會造成溫室效應,加上與核電廠採用的核裂變發電方式相比,核聚變並不會產生核廢料等危險的副產品,所以全球科學家正試圖在地球上複製核聚變,以產生更環保、高效和安全的綠色能源。

現時可進行核聚變發電實驗的設施,名為「托卡馬克裝置」(Tokamak Machine),它依靠一個稱為「螺綫管」(Solenoid)的中央電磁鐵來產生電流和磁場,並創造等離子體,使核聚變發生。

核聚變發電 產生高能輻射

電磁鐵是由一個絕緣導綫綫圈組成,該綫圈能承載電流,在電流流動時產生磁場。除可用於托卡馬克裝置外,在廢車中用來吊起汽車的起重機,又或掃描人體內部的磁力共振成像設備等,都同樣需要電磁鐵。

然而,當應用於托卡馬克裝置時,由於核聚變過程會產生高能量的中子(Neutron),隨着時間推移,就會破壞電磁鐵周圍的絕緣層,導致電磁鐵失效,從而限制裝置產生核聚變能量的能力。

如何解決電磁鐵崩壞的問題成為核聚變發電技術的關鍵。美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學團隊設計了一種新型電磁鐵,可使金屬在磁鐵中起到絕緣作用,防止中子對其造成損害。

PPPL首席工程師翟玉湖指出,未來的商業用核聚變電站需要連續運行數天,但現時的電磁鐵壽命很短,根本無法適用︰「我們利用創新的方法簡化製造電磁鐵的過程,同時使磁體對核聚變反應產生的輻射有更大的耐受性。」

極低溫下 電流無阻力通過

新型電磁鐵的導綫是由鈮(Niobium)和錫(Stannum)構成,當以特殊方式加熱時,這些元素會形成一種超導體,允許電流在極低的溫度下無阻力地流過,因此可消除為減少電流洩漏而使用絕緣體的需要。翟玉湖表示,只利用金屬製造磁鐵可消除使用絕緣體的需要,令製作過程擺脫了許多昂貴的步驟,甚至減少綫圈發生故障及意外的機會,從而節省不少維護成本。

再者,新技術允許電磁鐵在很小的空間內攜帶大量電流,因此也可減少電磁鐵在機器中佔據的體積。他強調︰「相比起現時主流採用的電磁鐵,新型電磁鐵能在更高的電流密度和更強的磁場下運行,因此同樣有助降低發電成本,相信該技術將為電磁鐵領域帶來革命性的改變。」

新氫燃料電池CR-V 本田擬下年推

在全球減碳的大趨勢下,電動車彷彿成為未來汽車研發和銷售的主流。然而汽車製造商本田(Honda)卻沒有放棄對新一代氫燃料電池系統的研發,並預料於2024年推出新氫燃料電池汽車(FCVE)。

冀年銷6萬套

本田表示,今年將開始生產與美國汽車公司通用汽車(GM)共合開發的新氫燃料電池系統,預計初期每年銷售量約為2,000部,其後逐步加大銷售力度,期望到2030年,將新系統的年銷售量,可提高到每年6萬套。

此外,為擴大其氫氣業務,本田計劃在2024年推出以熱門車款、6代CR-V為基礎打造的氫燃料電池新車。

據了解,與本田已停產的氫燃料汽車Clarity Fuel Cell相比,新車所搭載的氫燃料電池模組耐用性,將會大幅提升,且成本預計會降低三分之一。

記者:陳卓賢

美術:顏玉玲