國際小學堂／核融合大突破 商轉發電有譜？

美國科學家去年十二月十三日宣布，完成史上首次「製造能量大於使用能量」的核融合實驗，是能源開發研究的重大突破。歐洲議會去年通過認可核能為潔淨能源，在此趨勢下，零溫室氣體且無核災風險的核融合，可望成為未來能源生力軍。

燃料膠囊 目前研究主流

核融合（nuclear fusion）其實在宇宙中每天都在發生，太陽散發的熱能就是核融合反應產生。太陽將氫原子融合成氦原子，原子核融合後產生巨大能量。

美國能源部深入淺出的解釋，核融合就是兩個核子融合，成為一個質量較大的核子，融合前後的質量差就是可釋放的能量。

科學界很早就知道核融合的存在，研究者從一九三○年代就開始嘗試以實驗重現核融合。

此前科學家使用俗稱「托卡馬克」（tokamak）的環磁機來做核融合實驗，在這個巨大的環形真空裝置製造環形電漿電流，與纏繞外部的線圈形成螺旋形磁場，產生核融合反應。

目前的研究主流是以氫的兩個同位素氘與氚為材料，以雷射光束照射數公分大、裝有氘與氚的燃料膠囊，使其破裂後，燃料壓縮並加熱，產生核融合反應，釋放出能量。

相對於核融合的就是核分裂，由質量較大的原子分裂成較輕的原子，過程中也會釋放出能量。核能發電就是使用核分裂技術，目前多以鈾為原料。二戰期間美軍在日本廣島和長崎投下的原子彈，也是核分裂的一種。

製造能量 首次有淨所得

美國加州「勞倫斯利佛摩國家實驗室」的科學家宣布，他們在最近一次的核融合實驗中產出三點一五百萬焦耳的能量，使用的雷射能量為二點零五百萬焦耳。也就是說，這次實驗製造的能量比使用的能量多了近百分之五十，能源上有顯著的「淨所得」。

以往的核融合實驗並不是不成功，但是未能達到「製造大於使用」能量的成果。勞倫斯利佛摩國家實驗室在去年八月的實驗中產出一點三五百萬焦耳，是使用雷射能量的七成。

美國能源部下轄「國家核安全管理局」防衛計畫副局長亞當斯上月指出：「膠囊中的燃料經過壓縮，啟動核融合反應。這些實驗以前做過上百次，但是在上周的實驗中，燃料首次達到高溫夠久、密度夠大且時間夠長的各項條件，核融合製造出比使用的雷射更多的能源。」

原理簡單 難在控制變項

歷經數十年的努力，科學家好不容易達到核融合實驗的能源淨所得境界，這是相當不容易的成就。

核融合的原理並不複雜，但是實驗中要控制的變項很多，包括極度的高溫與壓力，還有雷射光束的照射，都需要仔細計算，製造愈精確愈好的實驗條件。

這次的實驗成功雖是一大突破，但並不表示就能馬上蓋電廠開始核融合發電，後續還需要更多研究，找出可應用於電廠的商業化發電模式，並提高能源效率。

發電材料 可從海水取得

相較於核分裂，核融合製造的輻射廢棄物少很多，過程不會產生溫室氣體，核災風險也極低，可說是非常理想的新能源。而且，核融合的材料來源可自海水取得，產出能量無窮盡。

目前的難關除了提高核融合的產能效率，還有商業化的轉換過程，以及發電成本的降低，這些恐怕還得花數十年才能解決。