【科學講堂】核聚變邁新里程 點燃能源新希望
大家可能都有聽過核聚變，也就是令太陽長時間發熱發亮的方法。核聚變不會排放出二氧化碳，因此被認為是一個清潔的、可以幫助解決氣候變化的能源。科幻小說作家創作太空飛船時，核聚變更常常被描述為這些飛船的能量來源。不過現階段核聚變有一個很大的缺點，就是我們還未能成功駕馭它。可幸的是，近日我們在核聚變這方面有了突破，今次就和各位介紹一下。
高溫抗衡抗拒力 幫助原子核聚合
什麼是核聚變？顧名思義，核聚變與物質中的核子有關，細小的原子核可以聚合在一起，變成更大的原子核（比如說氫氣及它的其他同位素的原子核，可以聚在一起變成氦氣的原子核），過程中會釋放出大量的能量，這就可以作為我們的能量來源。
原子核帶正電荷
那為什麼核聚變難以駕馭？這是因為原子核帶有正電荷，所以相互之間的抗拒力十分強大，阻止原子核互相靠近；既然原子核無法靠近，核聚變就極難發生。要解決這個問題，其中一個方法是將原子核加熱到極高的溫度，藉此讓它們獲得充足的能量抗衡互相之間強大的抗拒力。太陽及其他星星的中心就因為有足夠高的溫度，因此核聚變能夠進行，讓它們發熱發亮。
這就是說，我們其實先要投放適量的能量，才能進行核聚變。正因如此，之前我們一直未能達至核聚變「點燃（ignition）」的水平：「點燃」在這裏的意思，是我們投進原子核、驅使它們開始核聚變的能量，比核聚變釋放出的能量為少。這宛如原子核開始自我燃燒，是核聚變作為能量的來源的第一步。
各種儀器消耗大 投入還比產出多
美國國家點燃實驗設施（National Ignition Facility）剛在去年12月有突破，做到了核聚變點燃。實驗將大約200萬焦耳的能量傳送到氫同位素的原子核，引發它們發生核聚變，從而釋放出315萬焦耳的能量，比輸入的能量多了超過百分之五十。
這次的突破運用了慣性約束（inertial confinement）這個進行核聚變的方法。進行的時候，氫同位素的原子核被作成比青豆還小的顆粒，再由多達192支激光同時將能量注入，把顆粒的表面迅速加熱並因而膨脹。膨脹的表面會讓顆粒的中心進一步受壓，達到跟太陽中心一樣的溫度，激發核聚變開始。
核聚變點燃雖然做到了，但要把核聚變作為常規的能量來源，還有一點距離。這是因為在這個實驗中，用來激發核聚變的192支激光，本身要消耗的能量，比核聚變產生的能量高出了100倍。核聚變點燃的定義，本身只考慮輸入進原子核的能量及它們釋放出的能量，並不考慮其他儀器等因素。因此核聚變點燃是做到了，但要從核聚變中取得額外的能量，現在還有不少的挑戰要面對。
縱然從核聚變中我們還未能得到額外的能量，但達到點燃的效果還是一個很重要的里程碑，代表了核聚變作為能源的可能性。中國、歐盟、日本、韓國、美國等亦早已聯合起來，發展利用其他技術的核聚變設施，預計在2025年開始測試，以求在2035年全面運作。 ◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
