【觀點】核融合技術成真!潔淨能源真的要用之不盡了嗎?「人造太陽」是怎麼回事?
【觀點】核融合技術成真!潔淨能源真的要用之不盡了嗎?「人造太陽」是怎麼回事?
2022.12.26 | 能源環保

美國能源部科學家於月初宣佈,在核融合技術方面取得了重大突破,人類將有機會在不遠的將來,使用取之不盡的潔淨能源,能源部長Jennifer Granholm也在記者會上表示這是一個劃時代的成果,並可以促使更多的研究與發現。

在台灣其實也可以發現相關的報導,例如2019年媒體大幅報導,清華大學退休教授楊銀圳在一個小小的實驗室裡,就成功做出了可控的核融合實驗,只可惜這個消息後來被證實是假新聞的成分居多 ,更早還有台東大學的學生陳國益,也號稱在實驗室裡弄出了核融合反應 ,但也不了了之。

核融合到底是什麼,這個被譽為「人造太陽」的東西究竟有什麼神奇之處?

核融合NUCLEAR FUSION
圖/ Lawrence Livermore National Laboratory Twitter

核融合技術原理:為何比核分裂更乾淨、風險可控?

其實人類早就掌握了核融合這門技術,在1953年被當成武器做出的「氫彈」,就是首次在地球上進行的核融合反應,只不過反應過程太劇烈,如果想要應用在一般地能源供應,重點是如何準確的控制釋放能量的過程,而非是透過爆炸。

而所謂的核融合(又稱核聚變),與比較常聽到的「核分裂」不同,後者就是大家習以為常又避之不及的核電廠,主要是利用中子撞擊一顆較重的原子(例如鈾元素),重原子就會分裂成兩科較輕的原子,過程中會釋放出能量; 而核融合的原理剛好反過來,是把兩顆較輕的原子(例如氫)對撞後,強迫他們「黏」在一起,過程中一樣會放出能量,且是核分裂的四倍之多。

至於釋放出能量的來源,兩者皆是來自於反應過程中因原子分裂或融合所減少的質量,也就是愛因斯坦著名的質能互換公式:E = mc2。

核融合Nuclear fusion
圖/ Carlos R. Munoz Twitter

一點點的質量轉變,所產生的能量是極其巨大的,以核電廠裏面的鈾-235分裂為例,1公克的鈾-235完全發生裂變,減少的質量大約為0.09%,也就是0.9毫克,卻可以釋放810億焦耳(J)的能量。

太多單位名詞太抽象嗎?沒關係,我們換算一下若以平均每公斤的煤標準熱值為7000大卡,1大卡約為4180焦耳,則僅僅1公克的鈾-235就相當於燃燒了2.76公噸的標準煤(可提供22500度電),更別說能量釋放率更大的核融合反應了。

至於要解釋核融合,我們可以先稍稍科普一下大家高中物理化學對微觀世界的記憶:世界萬物是由「原子」構成,它由帶負電的電子,帶正電的質子,以及不帶電的中子所組成,質子與中子在核心,電子則在外圍繞圈圈。而在量子力學的尺度下,除了電磁力之外,原子還會具備一種稱為「核力」的力量(放到巨觀的尺度,姑且比喻為星球之間的萬有引力吧),能夠對物質產生作用。

帶相同電位的粒子彼此是會相斥的,所以要強迫兩顆原子強碰在一起,必需讓「核力」大於相斥的電磁力才行。而最佳的原料,首推自然界與宇宙中存量最多的氫原子,如果我們能用極高的溫度與壓力,讓氫或重氫(氫原子的同位素:氘、氚,但在自然界含量較少)碰撞在一起,原理其實就跟太陽產生能量的原理,就可以有源源不絕的能源,這也是為什麼核融合又被譽為「人造太陽」的說法。

再說了,比起核分裂(現行的核電廠),核融合此用氫來反映後的產物也相對「乾淨」,根據其反應公式:「氘+氚→氦+中子」來看,氦氣本身不具危險,雖說釋放出的中子可能會被其他物質吸收,從而導致該物質具備放射性,但也相對微量,跟鈾-235相比,並不會對人體造成顯著的傷害。再加上,即便氚也有放射性,但半衰期只有12年,即便發生洩漏,感覺也還是風險可控的災難。

nuclear
圖/ Pixababy

與商用化的距離有多遠?穩定控制是最大挑戰

既然這麼棒,為什麼始終尚未全面商用化呢?原因就出在要控制穩定的能量釋放,實在是太困難了。要知道,當年的氫彈試爆,也是先引發了「核分裂」,創造出足夠高溫的環境,從而才讓「核融合」能夠發生,並進一步產生連鎖反應放出巨大破壞性的能量。要控制這股力量以細水長流的方式釋放,目前科學界有幾種主流的做法:分別是環磁機、國家點火設施、離子束融合、緲子融合與冷融合,而最今新聞上美國取得的進展,就是勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)所嘗試使用的國家點火設施(National Ignition Facility)。

關於其他幾種控制核融合的方式,本文就不多贅述,感興趣的朋友推薦一本書,由Richard A. Muller所著的《給未來總統的能源課》,裡面詳盡介紹了環磁機、離子束融合、緲子融合與冷融合等機會與挑戰。至於國家點火設施到底點了什麼火?那並不是真的「火」,而是把把190多束超高能量的雷射光,全部衝向一個頂針頭大小,內含氫同位素的容器中,藉此創造出近1億度的高溫環境,讓原子發生融合反應。

核融合Nuclear fusion
研究人員將192束超高能量的雷射光束,發射到含有氘跟氚的微小圓柱容器中,成功誘發核融合反應
圖/ The Verge

眼尖的讀者可能會發現,聚焦雷射光也是相當耗能的行為,你如果用了N+1的能量投入,卻只產生N的能量輸出,那根本是在搞笑,所以上面美國科學界才會大力宣傳,他們這次的實驗結果,在操作的核融合反應中,產生了3.15百萬焦耳(MJ)的能量,大於其雷射所用能量2.05 MJ,也首次達到了所謂的「能量淨增益」。

不過,這個說法有點偷吃步,他僅計算了使用雷射的「直接耗能」,但沒把驅動雷射裝置與整套系統的耗能算進去,如果以all-in的角度納入全部總體投入的能量,其實高達300多MJ,能量轉換率只有1%左右 ,離大規模商業化還有很大的空間需要努力。

這也是Richard A. Muller在「給未來總統的能源課」一書中,就提過一個笑話:核融合是未來的能源,且永遠都會是未來的能源。當然,每次的實驗都會積累前人的經驗與努力,而隨著各國政府與民家加大投入,例如由35國政府集資約220億美元的「國際熱核實驗反應爐」(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITE)等計畫,我們相信在多個幾次「重大突破」之後,人類有機會掌握核融合技術,用於供應大多數人們所需的電力。

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圖/ hrui via Shutterstock

既然巴黎氣候協議定調淨零碳排是永續發展的必要路徑,降低石化燃料與二氧化碳,提升綠能佔比自然是順利成章的事,而現階段的太陽能,風能都有「看天吃飯」的局限性,而免強被歐盟認列為綠能的核能與天然氣,也都有明顯的缺陷,若核融合技術可以成為再生能源的主力,對於潔淨電力的進展絕對是大大加分。

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責任編輯:隋昱嬋、林美欣

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從競賽激發創新力,第一銀行如何以AI打造差異化競爭優勢、型塑數位生活圈?
從競賽激發創新力,第一銀行如何以AI打造差異化競爭優勢、型塑數位生活圈?

Deloitte研究指出,導入人工智慧(AI)技術不僅有助於金融業者在短時間內提升5%到7%的營收,長期來看,漲幅高達10%到15%,換言之,AI不僅是科技趨勢,更是金融業邁向永續競爭的關鍵動能。

觀察到上述趨勢,第一銀行不僅透過AI加速創新轉型能量、提出名為GALA的生成式人工智慧行動方案,更舉辦「2025年第一銀行DigitALL黑客松」競賽,吸引總、分行單位逾50隊參賽,以內部競賽方式激發創新,打造一個全行共享、員工賦能的智慧金融場景服務。

聚焦三大面向,第一銀行以AI策略加速創新轉型能量

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例如,針對傳統授信開發過程中面臨的客戶評估流程繁瑣等議題,第一銀行以AI建立「法金潛力客戶模型」,透過分析金流強度與上下游關係,更快速且精準的辨識潛力客戶、提升招攬效率與成功率,進而創造更高的業務成效;根據統計,該模組自2023年下半年上線至今,不僅協助中小型分行招攬企業授信新戶逾百戶,核准授信額度達十億元以上,並且持續滲透其他產品成效。

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從GALA到黑客松,第一銀行以AI創新文化打造未來金融新樣貌

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為鼓勵員工以AI賦能工作與流程,第一銀行首次舉辦以「AI輔助工具」為主題的內部競賽活動「2025年第一銀行DigitALL黑客松」,以高額獎金吸引員工組隊參加,並提供技術支援與專業輔導,若方案具備高度可行性與發展潛力,將有機會進一步實作、推動落地並對外展示創新成果,傳遞第一銀行「全員創新、共創未來」的數位轉型精神。

第一銀行
第一銀行鼓勵員工以AI賦能工作與流程,首次舉辦「2025年第一銀行DigitALL黑客松」,提供技術支援與專業輔導,傳遞第一銀行「全員創新、共創未來」的數位轉型精神。
圖/ 第一銀行

不僅如此,第一銀行亦評估導入具備自主學習、多模態互動的AI Agent,如以NVIDIA高效能GPU與NeMo平台整合語音、文字與影像等多模態能力建立AI Agent,由其負責日常重複性工作並輔助複雜判斷與服務溝通,讓AI輔助並補足人力缺口,並保留關鍵知識以利經驗傳承。此外,導入Microsoft 365、Copilot、Power BI、Teammate等自動化工具與協作平台以提升作業效率,讓員工得以更專注於創造高價值的核心事務上。

以AI賦能數位轉型成效,第一銀行致力建置與完善數位生活圈

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為更好的連結與發揮數位生活圈帶來的影響力,第一銀行推出一個全面展示數位金融成就與異業合作成果的「數位生活圈」資訊整合平台,讓客戶與合作夥伴能更直觀地理解銀行在創新、產品服務與數位生態策略上的發展與實績,此外,第一銀行亦透過平台提供客戶眾多好康優惠「小確幸」以減少資訊分散痛點;根據統計,迄今已累積超過120檔以上成功合作案例,平台自4月上線短短三個月即累積超過18萬次瀏覽量,顯示市場對該平台的高度興趣與接受度,有利於數位生活圈的擴展工作。

展望未來,為更好回應「Banking Everywhere, Never at a Bank」以及客戶行為日益場景化與即時化等趨勢,第一銀行將以高度敏銳的策略眼光持續關注外部監管規範與新興科技發展,攜手員工與夥伴以AI等創新技術實踐與擴大「金融即生活」願景,以兼具溫度與科技力的全新金融服務形塑未來金融新世界。

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第一銀行攜手員工與夥伴以AI等創新技術實踐與擴大「金融即生活」願景
圖/ 第一銀行

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