核融合發電最難克服的技術之一，是要運用上億度高溫使元素原子核變成電漿狀態，這等同於做出一顆人工太陽。Pixabay by ipicgr
近日，美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）透過「國家點火設施」（NIF）完成核融合反應，創下150%能量淨增益的新高點。不過，核融合反應到底是什麼？它能一圓科學家打造「人造太陽」的夢想嗎？
等待數十年、投入鉅額資金及大量人力的科研項目，終於大有斬獲。美國國家點火設施近期採取「慣性局限融合」（Inertial confinement fusion）技術，成功將192束超高能量的雷射光束，發射到含有氫的同位素（氘跟氚）的微小圓柱容器中。接著，將其加熱至攝氏1億度，創造如太陽中心高溫、高壓的環境，以誘發核融合反應、產生巨大能量。
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事實上，核融合反應與太陽和其他恆星釋放能量的原理相同。根據中央氣象局科普網說明，太陽核心區的高溫高壓符合進行「熱核融合反應」的條件，主要是由數個氫原子融合成氦原子，在愛因斯坦 (Albert Einstein) 的質能轉換公式 E = mc²下，將部分質量轉變成巨大的能量釋放出來。
氫元素是太陽發光發熱主要的燃料，也是宇宙中含量最多的元素，這就是恆星之所以可以持續燃燒數十億年的原因。此外，水中也含有豐富的氘（重氫）和少量的氚。
因此二戰後，全球科學家汲汲營營地投入研究，希望在地球上打造「人造太陽」，利用近乎無盡的乾淨能源來實現供電目標，以解決能源危機和環境污染等問題。
日前，核融合反應有了重大突破，成功達到釋放能量為輸入能量的1.5倍（150％能量淨增益），但距離穩定的商業運用仍需要數十年的時間。
核融合是什麼？和現行核能發電有何不同？
核反應分為核分裂（nuclear fission）與核融合（nuclear fusion）2種，前者由一顆較重的原子核，經粒子撞擊後分裂為多顆質量較輕的原子核；後者則相反，由2顆或以上的原子核，結合成較重的新原子核。
「核能」是原子核結構因「核分裂」或「核融合」發生變化時，所釋放出來的能量。全球約10％電力來自核電，各國現行核電廠均是利用輻射物質鈾235、鈾233或鈽239進行「核分裂」反應，釋放熱能發電。
數十年來，科學家不斷研究、發展核融合技術，理論上核融合所釋放出的能量猶如太陽的光和熱，大過核分裂產生的能量。目前最成熟的核融合技術是透過上億度的高溫加熱，讓氫或重氫（氫的同位素—氘或氚）等元素的原子核變成電漿狀態，使相斥的原子核互相依附，產出氦原子核和中子，等同於做出一顆太陽。
核融合發電有譜嗎？
不論是核分裂或核融合，使用的原料為輻射物質或氫元素，反應過程幾乎不會產生碳排放。不過，核分裂產生的放射性物質和廢棄物難處理，恐會遺留千年，對環境造成汙染。
相較之下，不少支持者認為核融合是一種乾淨、安全的能源，有更多優勢，包含沒有核災風險、較少輻射廢料等。其實，早在1953年人類就成功製造出核融合反應，也就是蘇聯引爆的第一枚核武器「氫彈」。
「我們要做的是找出控制核融合反應的方法，使其用非爆炸的方式釋放能量，並且逐步提高能量淨增益。」科學家希望未來核融合發電可以取代人類對化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放、緩解氣候變遷危機，最終成為可持續的能源替代方案。
但也有學者認為，核融合過程會產生爆炸性高的物質，且勞倫斯利佛摩國家實驗室曾有參與核武製造的歷史，核融合的安全性仍有疑慮。