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未來可能的新能源：與星星同理的核融合。

    如果沒有核融合發(fā)生，迷你版反應爐不過就是一顆昂貴且效能低的藍光燈泡……

　　近來臺灣媒體及網(wǎng)絡出現(xiàn)一波熱烈討論，但這在美國早已不是新聞。星星發(fā)光的能量來自核能，而人類的核電廠也是利用核能，兩者有何異同呢？真的能像《鋼鐵人》電影中的情節(jié)一樣，在家自制迷你核能反應爐嗎？

　　愛因斯坦我愛你

　　恒星發(fā)光和核電廠運作的能量都是來自核能，以愛因斯坦的E=mc^2為理論基礎，也就是小小的質(zhì)量m乘上大大的光速平方，就能換取巨大的能量，只是我們找不到日常簡單的方法把質(zhì)量直接換成能量。在已知的物理世界中，這得利用粒子的碰撞來達成，只要粒子的總質(zhì)量在碰撞后小于碰撞前，那么這些減少掉的質(zhì)量m就會透過E=mc^2變成光子形式的能量，也就是我們一般指的電磁波或輻射。

　　這些過程牽涉到粒子“原子核”狀態(tài)(主要是質(zhì)量)的改變，因此稱做“核能”。講得更精確一點，原子的結(jié)構(gòu)可分為外層易剝離的電子和內(nèi)層的原子核，而原子核是由質(zhì)子和中子共同組成，質(zhì)子和中子個數(shù)的和大致就是原子量，因此當粒子撞擊后有粒子的原子量增加時(例如兩個原子核合并為一個)，我們稱之為原子核“融合”，若減少(例如一個原子核分裂為兩個)，則稱之為“分裂”。無論是核融合或核分裂，通常在反應后的總質(zhì)量都會減少，而少掉的質(zhì)量就會轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾有问降哪芰俊?/SPAN>

　　星星和核電廠的區(qū)別

　　星星主要是靠核融合來產(chǎn)生核能，核電廠則是利用核分裂。核融合所需的原料通常成本低(如俗稱重氫的氘，可取自海水)，產(chǎn)生的核廢料半衰期也較短(約僅數(shù)百年，核分裂的廢料半衰期則可長達數(shù)萬年)，且輻射的危害范圍小(僅數(shù)公里)。

　　那么為何我們不用核融合來發(fā)電，而要用核分裂？因為當你不會騎腳踏車時只能乖乖走路，也就是目前人類的科技尚無法以經(jīng)濟且安全的方式讓核融合有效發(fā)生。技術(shù)瓶頸大多在于，為了使融合發(fā)生所輸入的能量仍會大于融合后所輸出的能量，因此不能達到生產(chǎn)能源的目的。

　　由于上述核融合優(yōu)于核分裂的各種好處，目前科學家正如火如荼地發(fā)展以融合為基礎的新世代安全核能，最大的跨國計劃為位在法國的“國際熱核實驗反應爐”(ITER)，有歐美、亞洲等多國參與，所需經(jīng)費至少五千多億臺幣，預計在約2020年時開始實驗運轉(zhuǎn)，其內(nèi)部溫度將高達一億度左右，粒子在這高能量的電漿中彼此撞擊時，將有機會讓輸出能量大于輸入能量。

　　其他還有許多成功融合的實驗，但瓶頸都是無法讓輸出能量大于輸入能量，主要是因為已知的融合機制都要求要有高溫的環(huán)境。1989年曾有兩位化學家聲稱成功發(fā)展出“冷核融合”(cold fusion)，也就是找到新機制能讓粒子在室溫下就發(fā)生核融合，這讓輸出大于輸入瞬間變得非常容易，也因此激蕩出上百篇學術(shù)論文，其中還包括《自然》期刊的論文。

　　在家自制小星星？

　　在現(xiàn)實中，迷你反應爐其實已經(jīng)存在，它的概念來自于1960年代的fusor技術(shù)，也就是簡單地利用高電壓(至少約一萬伏特，皮卡丘就辦得到)將帶電粒子于真空腔中加速到高能量(相當于溫度一億度)而彼此撞擊，藉此觸發(fā)核融合。2011年美國高中生泰勒‧威爾森(TaylWilson)將這項設計大幅簡化，并自制偵測器證明這個簡化版的迷你儀器內(nèi)部真的有核融合發(fā)生，因此獲得Intel國際科展中的最高榮譽“青年科學家獎”，也獲得奧巴馬總統(tǒng)的接見，并于2012年應邀上TED演講。

　　此后，自制迷你核融合反應爐就在美國的中學開始風行，有不少網(wǎng)站開始介紹如何制作(例如《Make》雜志網(wǎng)站)，Intel國際科展也陸續(xù)有類似作品出現(xiàn)，只是鮮少獲獎，因為這項設計簡單易做門坎低，而原創(chuàng)作品在之前已授過獎。

　　這個迷你版反應爐的問題仍是輸入遠大于輸出，而且對自制者而言，最難的就是確認里面有沒有核融合反應發(fā)生。無論有無核融合反應，儀器內(nèi)部都會因粒子在電漿中加速而發(fā)出漂亮的藍光，不少人誤以為那就是來自核反應的能量，因為那個藍光和鋼鐵人胸前的反應爐藍光實在太像了！如果沒有核融合發(fā)生，那就是一顆昂貴且效能低的藍光燈泡了，切記，即使有核融合，這個反應爐所產(chǎn)生的核能也不會比發(fā)出的藍光強。(摘編自聯(lián)合新聞網(wǎng) 作者：吳俊輝 完整內(nèi)容請見《BBC知識國際中文版》第35期(2014年7月號)