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。
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。
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。
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。
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。
《數位時代》長期徵稿，針對時事科技議題，需要您的獨特觀點，歡迎各類專人士來稿一起交流。投稿請寄edit@bnext.com.tw，文長至少800字，請附上個人100字內簡介，文章若採用將經編輯潤飾，如需改標會與您討論。
（觀點文章呈現多元意見，不代表《數位時代》的立場）
責任編輯：隋昱嬋、林美欣
