普羅米修斯之火:核裂變和核聚變

Print This Post

( 從“美國應加入新絲路 : 漢密爾頓對經濟振興的願景”摘錄)

美國需要更多的電力!單是發展全國高速鐵路系統,就需要在全國增加為數龐大的電力,預計需要50萬千瓦電力啟動這種先進運輸系統(初步估算要增加約5%的電力生產)。再加上一個恢復和擴大生產基地的能量,並提供開發新的水力資源(以及更換已達壽命末期的舊電廠)的電力。總之,這一切同時需要大規模建設核裂變電力,與發展融合電力的應急計劃。

所需工廠的確切數目取決於每個工廠的設計和容量,總數應該是在幾百個之內。

以增加的電力啟動國家高速鐵路網,會減少我們人員和貨物運輸所需電力對石油的依賴。這是經濟增長的自然過程,就和能量通量密度增加時所測量的結果一般。

能量通量密度

經濟增長和人類進步,一直都與能量通量密度全面增加的過程有關(以人均和國家經濟領域每平方公里的總功率計算)。更精確的測量包括聚焦於,定性相移與過渡到物理化學的新領域——典型的從化學的電力形式轉變為核形式。

美國的歷史很清楚的顯示了這一現實。從美國立國到1970年代初期,全國人均電力全面增長,由轉換較大的能量密度(每單位重量的燃料有更多的能量)燃料來源支撐,並通過高能量-通量密度(經由相關的生產過程使每單位面積有更多的能量流)的過程釋放出新的需求。隨著1970年代英國馬爾薩斯零增長政策的竄起,這種增長停止了,一般美國人民的生活條件不但停滯也開始下降。如果自然增長的過程持續結合核電的全面發展——如肯尼迪總統官方曾經預測的——我們今天就會有更富足的電力與豐盛的經濟,很容易就能夠支撐目前基礎設施所需的水平。

今天的電網只須根據美國的先進高速鐵路系統類型所需電力徵稅的事實,只是強調了過去幾十年的政策失敗的現實,以及發展核電以克服這種損失所需的主要驅策力。

核分裂

單一鐵路車輛的鈾核燃料可以提供一列運煤貨運列車從加州聖地亞哥到俄勒岡州邊界的所需的能量。這是反映核反應在化學反應的巨大質的進步。

雖然裂變電力已經提供了世界上最安全的電力來源(不同於流行的觀點,核電造成的死亡人數遠比其他能源少得多),對核裂變發電系統的一系列新設計已經足以進一步提高核電。小型模塊化反應器的設計可以提供快速大量生產的好處。全新第四代系統提供更高的效率和安全性。增殖反應堆可以確保充分利用整個燃料循環,現在認為是核“廢料者”也成為額外的燃料。(除了當前的鈾燃料循環)也有可能開發釷燃料循環。所有這一切都只是等待實現和開發。

核熔解

同時,充分開發核裂變的能力後,發展核聚變發電的應急計劃將確保下一次能量通量密度的飛躍。由於巨大的資金不足(與融合預算一致的幅度都低於所需的水平),美國核聚變發電的發展長期以來都一直被推遲。經過大家的通力合作,一個正常運作的示範聚變電廠可能只是落後10到15年。

即使是最小的支持,進度緩慢卻穩定,國際熱核實驗反應堆(ITER)在歐盟、印度、日本、中國、俄羅斯、韓國和美國之間的共同努力下,正在法國興建。ITER不是設計來發電,一旦它在2020年代後期上線時,預計將產生比投入能量十多倍的能量。

此外,中國和韓國有有很強的意願,也雄心勃勃的想要完成國內核融合計劃。他們追求各種類型的設計,並開始興建聚變發電示範系統,電網完全有能力輸電。另外,全美國有一些人私下努力專注於開發產生受控核聚變反應(這項設計是美國政府在1970年代放棄的計畫)的新方法。

核平台

雖然對不同的系統(核裂變和核聚變)有許多詳細的資料可以談,但是必須強調的是,他們是一個過程的不同面相:藉由核領域提供的能力全面發展。這才是真正全新水平的物理化學(包括低能量核反應的先驅領域)。這不僅是提供有效的無限動力(當然這本身非常重要),而且還開啟了加工原料的新方法,創造新的資源基地,以新方法製造、創造新材料。藉由控制原子核,人類與星空的動力有可能達到全新的水平。

依能源的來源分析美國1780年至2010年人均最大可用功率總和。兩項預測表明,美國的進程有能力也應該持續的健康成長。曲線A是1962年肯尼迪政府以即將扮演重要角色的核裂變動力為主的預測。曲線B是一旦發展核聚變,肯尼迪追求的願景實現時的可能演變(1970年實現的可行性)。資料來源:美國能源部,2011年度能源報告;原子能委員會,民用核能:1962年提交總統的調查報告。