大家好，我是德瑞克，我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣，同時也抱著高度質疑。

2022年12月，人類首次核融合「點火」成功！（圖片來源：LLNL官方網站）

上一講，我們討論了太陽能發電，但畢竟這還是「間接」用到太陽的能量，有沒有可能人類「直接」擁有太陽的能量呢？

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如果真的能做到，那我們就再也不用擔心能源問題。能擺脫石油天然氣的二氧化碳排放，用源源不絕的海水做原料，就創造出接近無限的能量。只是，真的有這麼美好的事情嗎？

有的，「核融合」就是這麼美好的夢想。

因為完美，「核融合」被稱為是人類終極能源，幾十年來，頂尖科學家與工程師們始終在追尋，美國、歐洲與中國都花了大筆研發資金在上面；但是也因為太過理想，人類始終還沒能成功控制它來發電。科學界長久以來的笑話說，核融合是未來的燃料，而且永遠是未來的燃料，因為那個未來一直都還沒來。

而這終極能源的追尋，竟然在去年（2022）被美國國家實驗室找到了一絲曙光，驗證了核融合發電不只在理論上可行，而且人類科學工程也進步到實務上可行！美國的能源部長親自領軍開記者會，向全天下公告這個人類科學工程的大勝利。

這一講，我們來看看這一則新聞背後的故事。

2022年12月，美國能源部發布的記者會。（圖片來源：https://www.energy.gov/）

先來看看這則新聞，位於美國加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，簡稱LLNL）的核融合實驗，成功地從核融合產生的能量多於用於驅動它的雷射能量，也就是實現了「點火」。

美國能源部長Jennifer M. Granholm親自主持了記者會，發布這則轟動全球的消息。我覺得記者會上，LLNL國家實驗室的主任Kim Budil說得很好：「在實驗室中尋求核融合點火是人類有史以來最重大的科學挑戰之一，實現它是科學與工程上的勝利。最重要的，這是人類的勝利。」

而為了這個成功的點火，國家實驗室已經努力了60年。

等等，甚麼是「點火」（Ignition）？

這其實跟我們在烤肉時生火的概念很接近。為了讓木炭能燃燒起來產生能量，一開始我們需要先用打火機點火花給予能量，持續高溫超過木炭的燃點之後，木炭會被點燃開始釋放出能量，到此時點燃的火焰會比點火的火花釋放出更多的能量。

點火很難嗎？點燃木柴是不難。（圖片來源：https://pixabay.com/）

這次的LLNL國家實驗室就是做出類似的成就：他們向目標提供2.05兆焦耳（MJ）的能量，成功地跨越了核融合的閥值，從而產生了3.15兆焦耳（MJ）的能量輸出。

這是世界上第一次核融合實驗中，輸出能量大於輸入能量，終於是「產生能量」而非「消耗能量」。於是這被視為一次成功的點火（Ignition）。

就像是點燃了終極能源的希望之聖火，證明核融合不只是理論上可行，也不只能用控制不了的核爆來達成，而是科技已經進步到人類可以控制啟動核融合。

對木炭點火只需要火種跟打火機，但是對核融合點火卻是得傾注國家資源研究開發，甚至LLNL國家實驗室中，有一座專門為了點火而設立的大型建築物，裡面包含極其複雜的光學設備與超級電腦，窮盡幾代菁英的研究開發，它的名字就叫做「國家點火裝置」（National Ignition Facility，簡稱NIF）。

為了瞭解核融合為何這麼困難，連點個火都需要動員國家級資源，特別設置點火裝置，我們得先科普一點點原子科學。放心，你絕對看得懂。

首先，我們要先學會分辨核分裂與核融合。現在的核能發電用的是核分裂技術（英文是Nuclear fission，大陸稱為核裂變），是由比較大的原子分裂成比較小的原子的核反應。

而核融合（英文是Nuclear Fusion，大陸稱為核聚變），則是將兩個較小的原子結合成比較大原子的核反應。下圖做為簡單的比較。

（圖片來源：https://www.theecoexperts.co.uk/）

核分裂與核融合都會釋放出巨大的能量，現今核能發電採用核分裂，會有核外洩與輻射汙染的疑慮，但是核融合則比較沒有這些問題。

核融合是恆星產生能量的過程，就像太陽一樣。所以利用核融合來發電，就像是在地球上創造太陽，被稱為「人造太陽」或是「地上的太陽」。

根據愛因斯坦的質能方程式E=mc²，在核融合反應前後，會有小小的物質不守恆，而這一點點散失的物質將轉變為極巨大的能量。讓我們做一點小小的數學題，來感受一下這個方程式的威力。

在太陽核心，氫（代號為H）正透過核融合變成氦（代號為He）。四個氫原子會融合成一個氦原子，假設4公克的氫經過核融合成氦，你猜猜能產生出多少能量？

經過愛因斯坦著名的公式E=mc²來計算，4公克的氫在核融合後，產生的能量足已讓60瓦的燈泡發光超過一百年！

核彈的威力。（圖片來源：https://pixabay.com/）

只要小小的物質，經過核反應，就是超巨大的能量！這也就是氫彈威力驚人的原因！但是，核融合非常非常不容易發生。

原子的結構，原子核有帶正電的質子跟不帶電的中子，外圍是帶負電的電子。（圖片來源：https://chemistrytalk.org/）

物質都是由原子構成，原子核是帶正電的質子跟不帶電的中子，外圍是帶負電的電子。原子核裡面有一種很強大的力量，把原子核的質子們與中子們緊緊抓在一起，這種力量叫做核力。但是核力只在距離非常非常近才起作用，大概是10-10~10-13米左右。

可是不同原子的原子核都是帶正電的，兩邊正電是互相排斥的，需要有能量克服這個互相排斥的正電，來讓兩個原子核能靠近，直到非常靠近到核力發生作用，砰！兩個原子核就融合在一起了。

因為原子越大，原子核裡面的質子數量就越多，帶的正電量也越大，要讓兩個原子核靠近也就越不容易。

這就是為什麼氫（H）是最適合核融合的原子，因為它原子序為1，是世間最小的原子。

而高溫與高壓力能夠提供能量，讓原子核克服排斥而接近，讓核融合有機會發生。像是太陽的核心溫度估計就在1500萬度，核融合成為了太陽能量的來源。

太陽的能量來源是核融合。（圖片來源：https://pixabay.com/）

只是，即使質量是地球三十萬倍的太陽，擁有核心1500萬度的超級高溫，平均每個質子還得要等待數十億年才能參與一次核融合。這樣低的碰撞機率怎麼拿來發電當能源？

總不能當你按下開關之後，等到曾曾曾孫都出生了，電燈還沒亮起來，對吧？

所以，人類不只要造出太陽，還得要能超越太陽才行。

下一講，我們就來談談這個不可能的任務，回到這次新聞的主角–「國家點火裝置」（NIF，National Ignition Facility）。

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