【584期 STEM互动学堂】了解地上太阳 何谓核聚变
发布时间：07:00 2021-08-05 HKT
上期谈过传统的核能发电（核裂变），今期会谈全新的核能发电︰核聚变，也就是所谓的「地上太阳」。核聚变发电机器之所以被称为地上太阳，是因为现阶段核聚变只存在于恒星中（我们的太阳发光发热就是靠核聚变，其他恒星发光原理亦一样）。
不会释出温室气体
核聚变是把两颗原子数（atomic number）较少的轻核融合在一起，如重氢（氘）和氚在超高温和极高压之下，就会发生原子核互相聚合作用融合在一起，变身成中子和氦，并且过程中会释出大量能量。核聚变发电的好处是它除了不会释出温室气体，亦不会产生长寿命和高放射性的核废料（其核废料半衰期极短，幅射范围亦短，即使发生核泄漏，也只需在约一公里内的撤退），所以非常洁净安全。而且燃料在地球上也较核裂变所用的铀更容易找到（从海水中提取），因此核聚变发电被备受吹捧，各国也大力发展。
商用需考虑更多
其实现在地球上也能造出核聚变，就是利用氢弹的爆炸所产 生的热力和压力触发而成。但这样的核聚变并不受控，只能应用于武器中；若要商用，就要持久受控的发电。现阶段的挑战除了要营造超高温、高压的环境，如太阳内部就达到一千五百万度（绝对温度，下同）和三千亿个大气压力，而在地球上要仿做就要达到绝对温度一亿度之高。要营造这极高的温度，一般都是以脉冲激光束照射极高密度的燃料颗粒来达至。
成功研发托卡马克环
要制造这超高温度固然困难，更困难的就是要制造一个超级容器，以盛载整个聚合过程。地球上可没有任何金属或合成材料可抵受这么高的温度。科学家经过多年的努力，造出托卡马克环（Tokamak），这环不是靠实体的金属来盛载离子（物质在极高温下会呈离子状态），而是以强大的电磁力约束这些高温离子体约束于环内，这是一项极高科技的技术。
究竟哪国能先成功研发核聚变？我们何时能享用这种能源？还待各国科学家的努力。下期我们再比较各国的研发成果！
文、图：科学世界学术总监谢志庭
延伸阅读
