關於資料

核融合燃料,存著也會減少

100克氚即使沒有洩漏或消耗,十年後也只剩約57克。從實際的儲存與回收設備,看燃料採購為何離不開電廠建設進度。

發布 更新 譯文核實
分享本文
閱讀日文原版
氫與氘的儲存試驗設備,照片由ITER於2013年刊載。
氫與氘的儲存試驗設備,照片由ITER於2013年刊載。© ITER Organization, https://www.iter.org/ · 使用條款

把100克氚存起來,不去使用。即使沒有洩漏,也不補充,十年後仍只剩約57克。氚是與氘搭配使用的核融合燃料之一,即使電廠尚未啟動,它的數量也在減少。提前備好燃料看似理所當然,但買得越早,等待的時間也越長。首次運轉所需的燃料,究竟該何時採購?

容器密封,原子仍在變化

氚是氫的放射性同位素。ITER給出的半衰期約為12.3年。在儲存過程中,氚原子核會衰變成氦-3。即使沒有從容器中洩漏,可用作燃料的氚原子也會減少。

按12.3年的半衰期計算,假設沒有補充、取出或洩漏,100克氚在一年後剩94.5克,五年後剩75.4克,十年後剩56.9克。公式為100×2^(−年數/12.3)。這裡計算的是剩餘氚的質量,並不是容器及其內容物總重量的變化。

儲存燃料,也要回收燃料

燃料並不是只能以氣體形式放著。ITER在2013年介紹的韓國試驗設施,使用氫和氘研究將其吸收進金屬的儲存技術。改變金屬溫度,可以控制吸收與釋放。首圖展示的就是用於這些試驗的手套箱。

燃料的圍阻與管理也不止於儲存容器。ITER正在建設水除氚系統,從設備回收的水中去除氚。2016年安裝的20立方公尺儲槽也是該系統的一部分。儲存時的衰變與設備洩漏是兩個不同的問題,管理時必須同時考慮。

2016年,ITER水除氚系統儲槽的安裝作業。
2016年,ITER水除氚系統儲槽的安裝作業。© ITER Organization, https://www.iter.org/ · 使用條款

買回燒掉的燃料還不夠

在實驗裝置中,沒有參與反應的燃料會經排氣系統取出,處理後再次使用。歐洲製造的ITER低溫泵也是參與這一燃料循環的設備。不過,反覆回收並不能阻止氚自身的衰變。

美國能源部指出,海水中廣泛存在氘,而天然氚十分稀少,未來的核融合電廠需要穩定的供應鏈。用中子照射鋰來生產氚,是支撐這一供應的候選技術。在電廠規模上持續生產、回收和使用燃料,仍有研究難題需要解決。

存放在ITER的低溫泵,照片於2025年3月刊載。這是燃料循環與真空系統的零組件,並非運轉中的畫面。
存放在ITER的低溫泵,照片於2025年3月刊載。這是燃料循環與真空系統的零組件,並非運轉中的畫面。©F4E · 使用條款

燃料也有自己的時鐘

ITER的氚廠房將容納燃料儲存、處理與再利用設備。F4E於2024年2月報告其土建工程完工。廠房建成和燃料系統投入運轉,是需要分別確認的兩個階段。

FI關注的是,燃料採購時間必須與啟動運轉的時間一起考慮。為防短缺而提前備貨,等待期間庫存仍會減少;等到運轉前才採購,又要面對屆時能否買到的問題。按上述計算,僅等待五年,原有氚就有約四分之一不再是氚。原子的時鐘,不會等待工程進度。

ITER要透過實驗驗證什麼

建設中的ITER氚廠房。F4E於2024年2月報告土建工程完工。
建設中的ITER氚廠房。F4E於2024年2月報告土建工程完工。© ITER Organization, https://www.iter.org/ · 使用條款
分享本文

討論本文