林建甫专栏》人造太阳 未来的能源解方

人造太阳，未来的能源解方。图为全球最大人造太阳核心装备安装。（中核集团微信公众号）

人类从1930年代开始有了「核分裂」的知识并且应用到原子弹及核能发电。走了100多年，人类终于快要进入「核融合」的发电世界。

1964年苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫 (Nikolai Kardashev) 首先提出量度文明层次及技术先进程度的一种假说，后来演变为「卡尔达肖夫指数」 (Kardashev Scale)。他把能量级别文明分成三个等级：I型、II型和III型。其中I型文明使用在它的故乡行星所有可用的能量，II型文明能利用其行星及所围绕的恒星的所有能量，III型文明则利用它所处星系的所有能量。

人类的能源文明从早期钻木取火，烧落叶、木头、木炭、煤油，然后使用水力、火力、天然气发电，到目前虽使用了核电，但仍尚未达到I型文明的全部。经过其能量公式换算目前大约只处在0.73级左右。在这过程，我们也了解不用化合物、助燃剂当火箭的燃料，是不可能上太空的。对人类来讲，II型文明最基本的就是要了解使用太阳的能量，而一般恒星能持续产生光和热主要就是来自「核融合」。

早期研究核分裂的一个目的就是为了发展原子弹。1942年开始的「曼哈顿计划」到1945年7月初，美国终于研制出了3枚原子弹。原子弹是特殊设计的核子反应炉，要在原子弹因本身释放能量而爆炸之前，尽快将大量的能量释放出来。对比核电厂的核子反应炉，反而是希望持续的释放能量。

核电厂发电原理是用铀制成的核燃料，在反应炉内进行核分裂并释放出大量热能，以此热能来生成蒸汽，进而推动发电机发电。各国现有的核电厂均是透过核分裂产生能量。全球约10%电力来自核电，虽几无碳排，可是产生废弃物的放射性恐千年都不会消失。

1950年代初期，氢弹的研究发现，利用重氢或氢的同位素（氘、氚）的核融合反应亦能释放大量能量来进行杀伤破坏，之后人类开始研究用于民用目的的受控热核融合。原子核带正电，同性互斥，同为正电子会阻碍原子核的结合。核融合技术需使用几乎上亿度高温让氢或重氢的原子核变成电浆状态，使相斥的原子核互相依附在一起。这等同于做出一颗太阳，相关技术也是核融合发电最难克服的技术之一。

核融合既不产生会长久存在的废弃物，也不会有化石燃料燃烧产生的二氧化碳和其他温室气体，且可用氢等常见元素透过原子融合，产生近乎无限的能量。现在称核融合反应所产生的能量与维持反应器电浆体稳态的输入装置能量之比为Q值。核融合要有功效，起码Q值要大于1。

各国研究核融合，以苏联科学家建成「托克马克（Tokamak）」磁环装置最为人熟知，1968年就展示了受控核融合的成果。1990年美、中、日等35个国家组成团队，在法国投资建置成本高达140亿美元的ITER（国际热核实验反应器），建造重达2万3000吨的磁环。从规画到动土兴建，进行近30年，计划进度落后，预算加码幅度已超过10亿美元，但预计2025年才能取得初步结果。

美国能源部辖下的「劳伦斯利佛莫尔国家实验室（LLNL）」打造NIF(国家点火装置），不是建造大磁环，而是透过超高能量雷射光束集中在一个目标燃料上，造成核融合，释放出能量。2022年底，LLNL大动作宣布核融合的Q值首度大于1，达1.5，缔造能源科技里程碑。

值得台湾人骄傲的是，由台美两地专家共同成立的聚界洁能国际（Alpha Ring International）公司，另辟蹊径，也是以电子催化方式加速核融合反应，开发小型核融合系统，大小仅似一台桌上型电脑主机，早在2021年8月台美两地实验室就已达到Q值大于1的成果，目前更能连续运转超过2小时。其评估Q值至少要达到3以上才有商业价值，届时才会跨入发电市场，估计最快3至5年后实现，到时候就可深入社区、走入家庭，帮助世界人类找到核融合的能源解方。（作者为中信金控首席经济学家、中信金融管理学院讲座教授）