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人造小太陽的現況發展

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牛仰堯｜淡江大學航太工程學系教授

日本福島核災過後，反核、廢核成為台灣社會不可忽視的重要議題，反核的聲浪和聞「核」色變者不在少數；但核能發電其實有不同的方向和涵義，在取捨之前，民眾宜有更清楚的認知。

核能發電不會像火力發電產生硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、及二氧化碳等造成空氣污染或全球暖化，經濟效益相當大；但是其發電過程伴隨產生輻射，反應留下的核廢料也具有輻射性。如果遇上強烈的地震、海嘯而造成核電廠意外，或是未妥善貯存核廢料，將會帶來台灣無力承受、毀滅性的核災。因此，在零排碳的優點與輻射污染的缺點之間，核能發電的去留成為當今最具爭議性的兩難話題之一。

其實，核能發電有兩種涵義。前面所提及、令人聞之色變的核電，是「核分裂」的核能發電，原理是以中子撞擊鈾235，使鈾的原子核分裂成鋇原子核、氪原子核及三個中子；在反應過程中所減少的微小質量透過質能互換轉換成大量的能量釋放；分裂過程產生的中子可再撞擊新的鈾原子核，讓核分裂持續進行，進而發生連鎖反應，釋放出極大的能量。

另一種尚未運作的核電，則是當今科學界公認的未來能源救星－－「核融合」。核分裂是利用較重的原子核分裂成較輕的原子核來生成能量；核融合則將氫的同位素－－氘和氚置於極高溫且極小的空間中，讓帶正電的原子核有足夠動能克服彼此的斥力而產生核力，使互相排斥的質子透過中子形成原子核的力量，以聚合成較重的氦原子核與一個中子，並伴隨大量能量釋放。由於反應過程不會像核分裂一樣有輻射外洩的可能，生成的氦也非常穩定，沒有放射性，因此，核融合被視為發展乾淨能源的新希望。

然而，核融合反應極難進行，最困難的地方就在於要能維持足以讓氘與氚融合的高溫環境。在極高溫空間裡，氘原子與氚原子中的電子會脫離形成自由電子。這種離子、電子與中性粒子組成的氣體狀態稱為「電漿」。要能讓原子維持在電漿狀態，就必須供應足夠的能量以保持上億度的高熱環境。然而，科學家雖已經歷約七十年的光陰投入核融合研究，但至今仍尚未建造一座能夠真正供應能源的反應爐。

除了較大型的核融合計畫，另外還有以建立小型、分散式「發電站」為目標的美國華盛頓能源新創公司Helion Energy。他們嘗試在三年內以百萬美元的超低成本建造「輸出能量大於輸入能量」的發電站，並期望六年內可正式使用。跳脫傳統核融合反應爐利用蒸氣渦輪機產生電力，這些小型發電站則以氘與氦-3在磁場施加出的高溫、高壓環境下釋放出帶電粒子，並在帶電粒子脈衝時經電磁感應直接發電，因此能源效率較高，預期產生的能量是輸入能量的8倍。。不過，這項精簡的核融合計畫也仍在開發階段。

綜觀上述，要能造出穩定、持久的電漿，讓核融合進入供應能源的階段，還有待科學家長期努力。在理解了所謂的核電的不同可能性之後，民眾就無需再聞「核」變色，而是宜關注各種乾淨能源發展的可能性，期許科學之進程為人類社會帶來更大的福祉！

（本文由科技部補助105年度《「新媒體科普傳播實作計畫」─以環保永續、環境教育、財務金融、應用科學暨新媒體藝術等領域為例》執行團隊撰稿）

責任編輯：蔡美瑛｜世新大學廣播電視電影學系

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