【584期 STEM互動學堂】了解地上太陽 何謂核聚變
發佈時間：07:00 2021-08-05 HKT
上期談過傳統的核能發電（核裂變），今期會談全新的核能發電︰核聚變，也就是所謂的「地上太陽」。核聚變發電機器之所以被稱為地上太陽，是因為現階段核聚變只存在於恒星中（我們的太陽發光發熱就是靠核聚變，其他恒星發光原理亦一樣）。
不會釋出溫室氣體
核聚變是把兩顆原子數（atomic number）較少的輕核融合在一起，如重氫（氘）和氚在超高溫和極高壓之下，就會發生原子核互相聚合作用融合在一起，變身成中子和氦，並且過程中會釋出大量能量。核聚變發電的好處是它除了不會釋出溫室氣體，亦不會產生長壽命和高放射性的核廢料（其核廢料半衰期極短，幅射範圍亦短，即使發生核洩漏，也只需在約一公里內的撤退），所以非常潔淨安全。而且燃料在地球上也較核裂變所用的鈾更容易找到（從海水中提取），因此核聚變發電被備受吹捧，各國也大力發展。
商用需考慮更多
其實現在地球上也能造出核聚變，就是利用氫彈的爆炸所產 生的熱力和壓力觸發而成。但這樣的核聚變並不受控，只能應用於武器中；若要商用，就要持久受控的發電。現階段的挑戰除了要營造超高溫、高壓的環境，如太陽內部就達到一千五百萬度（絕對溫度，下同）和三千億個大氣壓力，而在地球上要仿做就要達到絕對溫度一億度之高。要營造這極高的溫度，一般都是以脈衝激光束照射極高密度的燃料顆粒來達至。
成功研發托卡馬克環
要製造這超高溫度固然困難，更困難的就是要製造一個超級容器，以盛載整個聚合過程。地球上可沒有任何金屬或合成材料可抵受這麼高的温度。科學家經過多年的努力，造出托卡馬克環（Tokamak），這環不是靠實體的金屬來盛載離子（物質在極高温下會呈離子狀態），而是以強大的電磁力約束這些高溫離子體約束於環內，這是一項極高科技的技術。
究竟哪國能先成功研發核聚變？我們何時能享用這種能源？還待各國科學家的努力。下期我們再比較各國的研發成果！
文、圖：科學世界學術總監謝志庭
延伸閱讀
