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。
光彩炫目，這是人類創造的太陽，雖然只有短短一剎那。（圖片來源：LLNL官方網站）
在核反應的世界中，極微小的質量消耗就能轉變為極巨大的能量。
相較現行核電廠用的核分裂技術，核融合技術有以下幾個優點：
第1， 核融合只會產生少量的放射性物質；
第2， 不容易有核電廠爆炸導致核外洩的疑慮；
第3， 核融合的原料是「氫」，這是全宇宙最多的物質，取之不盡、用之不竭。
因此核融合被譽為人類的終極能源。這麼多優點，為什麼不趕緊用呢？
不是不用，而是要做到核融合，難度實在是太高了！
就像杜甫的詩句「此曲只應天上有，人間能得幾回聞」啊！
核融合是太陽產生能量的方式，但即使是太陽核心中溫度已經高達1500萬度，氫原子還得等上數十億年才能參與一次核融合，那麼要在地球上完成一次核融合，你說說該有多麼困難？
就是這麼超級困難的任務，美國的國家實驗室在去年十二月成功了，頂尖科學家們努力了七十年，終於完成了一次「點火」，也點起了核融合的聖火。
我們文章開頭的這張圖，就是這次聖火的模樣，這是人類最接近太陽的時刻。究竟，這個不可能的任務，是怎麼被人類辦到的呢？
還有比創造太陽更不可能的事情嗎？（圖片來源：https://pixabay.com/）
核融合非常不容易發生。為了在地球上達成它，科學家們發現，「先天體質」跟「後天環境」兩方面，都得做到比太陽更極致才行。
先從先天體質（也就是挑選原料）來說。上一講我們提到了，原子核帶的正電越少，要達到核融合的難度就會小一點，因此最小的原子─「氫」就成了核融合的理想原料。只是，「氫」還不夠好。我們得找上氫的攣生兄弟才行。
氫原子有兩個攣生兄弟（專業名詞叫同位素），它們跟氫一樣，都擁有一個質子（帶正電）跟一個電子（帶負電）；但是不同的是，這兩個攣生兄弟（氘跟氚）比氫多了中子（不帶電）。下圖是氫-氘-氚三兄弟的對比。
氫-氘-氚三兄弟。（圖片來源：作者整理）
簡單來說，這兩個兄弟變得更胖了，所以內在的核力更強，引發的核融合的能量障礙就變小了。科學家發現這是核融合難度最低的做法，就是拿二弟（氘，符號為D）與三弟（氚，符號為T）拿來做原料，稱為D-T核融合，而這是未來最可能商用化的核融合發電方法。
但是，氫雖然是宇宙含量最多的物質，但是他的兄弟們可不是。二弟氘的含量只有大哥氫含量的七千分之一，而三弟氚就更稀少了，只有十億分之一。原料上取得並不容易，這是未來核融合要大規模商業化時需考慮的。
至於外在環境的部分，為了加大核融合的機率，我們得拉高反應溫度，要比太陽核心的1500萬度更炙熱才行。目前人造的核融合反應所需溫度約在一億度左右，是太陽核心溫度的七倍！因為反應爐體積有限，不可能像太陽那麼巨大，因此人類得用科技來加快核融合的機率，才能拿來發電。
等等，人世間怎麼創造出一億度的溫度？這是怎麼辦到的？
讓我們回到本篇文章的主角，此次創造科學歷史，隸屬於LLNL國家實驗室的「國家點火裝置」（National Ignition Facility，本文簡稱NIF）。
猜猜看，一億度的點火裝置，應該長甚麼樣子？（圖片來源：https://pixabay.com/）
可先萬別以為「點火裝置」聽起來很簡單，腦中就浮現上圖火柴的樣子。先想像一下，能創造一億度的火柴，應該長甚麼樣子？
答案揭曉。這是一個足足有三個足球場這麼大的大型場館（如下圖），裡面有192具全世界最高功率的雷射系統。經過超級電腦一連串精密計算，透過一堆光學儀器的校準、同步、加強再加強，將這192束雷射放大1000億倍之後，以相同波長與方向，擊中1500公尺外的標靶。
這個精準度該怎麼形容呢？有人是這樣形容的：「就像是站在舊金山AT&T Park的投手丘上，要把球投進遠在 550公里外的洛杉磯道奇球場的好球帶」。為了達到這種精準度，每個幾十噸重的光學儀器的誤差都得控制在微米等級，這是科學與工藝的極致結合。
國家點火裝置NIF與內部圖，這個裝置有三個足球場大！（圖片來源：PMI.org與Wikipedia）
但難度還不僅如此！為了能將人類有限的能量高度聚焦，標靶必須足夠小才行。標靶只有小指甲這麼大，而當標靶被192束雷射擊中時，會被加溫到300萬度，引發一個小型的爆炸，瞬間把中間的D-T原料球壓縮並再次加熱，產生超過攝氏1億度的高溫及大氣1000億倍的壓力，才得以引發核融合。
根據CBS新聞網的專題採訪，這個D-T原料球得製造的非常小，而且必須是完美圓形，專業團隊在零下 430 度建造了這個充滿氘（D）與氚（T）的中空球體。
這個球體需要的精度非常高，除了必須是完美的圓形，表面光滑度得是鏡子的一百倍。因為如果不是完美的光滑純圓，任何缺陷都將使得瞬間爆炸不均勻，核融合就不會成功。
下圖是這個完美D-T原料球的樣子。製造團隊自豪地說，這個胡椒粒大的圓球是地球上最接近完美的物品之一
專業團隊說，這是地球上最接近完美的物品之一。（資料來源：CBS）
好了，偉大的科學里程碑看過了，讓我們來看看現實面。
核融合是一項非常讓人嚮往的技術，同時也非常燒錢，所以需要偶爾發布好消息，好繼續取得國家預算。其實LLNL國家實驗室過往也發布過幾次重大突破，包括2014年宣稱從核融合中取得淨能量，2021年宣稱得到點火的存在證明，當時都號稱是物理上的大突破。但事後都被認為言過於實，存在著玩弄比例的數學遊戲。
那這一次有不一樣嗎？只能說，這一次的政治背景更強烈了。
在2022年三月，白宮科技政策辦公室和美國能源部共同主辦了有史以來第一次白宮峰會，主題是為核融合的商業化制定十年願景。拜登總統希望在十年內實現核融合發電的商業化。
這是一個極度樂觀且大膽的願景。要能做到大膽的願景，拜登政府必須要讓人們相信，相信核融合不只存在理論中，而且是能被實踐的。
從這個脈絡下來看，就不難看出LLNL國家實驗室急於做出成績的壓力了！畢竟大老闆都放話了，怎麼樣也得拿出一些成績吧！
於是，我們看到了這次的新聞：「美國能源部宣佈在LLNL國家實驗室實現了核融合點火—這是一項努力幾十年的重大科學突破，為國防進步和清潔能源的未來鋪平了道路」。
所以，與其歡欣鼓舞的慶祝科學的人定勝天，不如務實地把這次點火成功，看作是象徵性的指標達成。也許用數字來說更清楚，這次的實驗，整個NIF國家點火裝置消耗了約400兆焦耳的能量，真正打在標靶上的大概是2.1兆焦耳，然後核融合產生了3.1兆焦耳的能量。
要說實驗有多成功，端看怎麼解讀這些數字：
單就實驗角度來說，產生的能量（3.1兆）確實比消耗的（2.1兆）多，可以證明實驗確實成功「點火」；但若要以發電廠的角度來看，消耗掉的電（400兆）足足是產生能量（3.1兆）的100倍，這絕對是不及格的。
科技水準證明了核融合能被實踐，但是距離能大規模應用還有很長的路要走。從1903年萊特兄弟成功飛上天空之後，也花了四十幾年的時間，飛機才得以大規模的商用化，這個歷史被很多外國媒體拿來與核融合做類比。
從萊特兄弟成功飛上天到大規模商用化，也花了四十幾年的時間。（圖片來源：https://pixabay.com/）
所以，下次要是看到新聞說，哪個天才在車庫裡發明了神奇的核融合發電機，記得想想這兩篇的故事，不要盲目地投資！
本文也將發表在《德瑞克說碳金融》粉絲專頁。
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