新聞中的科學>>>核融合~能源的另一個可能

一、時事掃描                      以下照片與內文引自聯合報2013/3/25

                                                                         影片則是筆者在從影音網站中整理，可幫助閱讀者學習科學概念。

日本福島災變將屆滿兩周年，核能發電安全問題近來引發全民關注，如何找出不會汙染環境，又供應無虞的永續能源成了現今人類的最大挑戰。而科學家們經過半個多世紀的研究，「核融合」（又名氫融合）的技術逐步取得進展，可能成為未來能源問題的最終解決方案。

位於美國紐澤西州的普林斯頓大學，在一片茂密的樹林遮蔽下豎立著幾棟不起眼的建築物，這個名為「普林斯頓電漿物理研究室（ＰＰＰＬ）」卻集合了來自美、中、台、韓、日、俄、加、印度等國的上百位科學家，而他們所進行的「核融合」研究，可能改變地球未來的能源使用。

美國普林斯頓電漿物理研究室的核融合反應爐NSTX（國家球形環實驗裝置），目前正進行升級改造工程。 華盛頓記者賴昭穎／攝影

台裔的李為力是ＰＰＰＬ的傑出學者，在聞「核」色變的年代，他說，核融合其實和目前一般認知的核能發電不同，主要是以氫為原料，經過一連串物理作用後發電。李為力解釋，包括太陽在內的所有恆星，發光發熱的來源都是利用高熱將氫轉化為電漿狀態，經過核融合反應後釋出能量。

NSTX-U國家球形環實驗裝置(升級版)圖／普林斯頓電漿物理研究室提供本報系

將氫轉化為電漿

ＰＰＰＬ目前正在重新改良原有的核融合反應爐ＮＳＴＸ（國家球形環實驗裝置）。

ＮＳＴＸ計畫主持人小野雅之表示，「簡單的說，我們就是要在地球上建造一個小太陽。」

至於核融合是如何產生能量呢？

小野說，核融合的原料主要是氫的同位素氘、氚，

氘可從海水取得，

氚則可從鋰提煉，兩種都是蘊藏豐富的原料；

但因為氘和氚都帶正電，因此必須在反應爐內加熱到上億度的高溫使之成為電漿狀態，

進行核融合過程。

不過，李為力說，因為地球的地心引力太輕，無法控制電漿，加上目前也沒有可以承受如此高溫的容器，因此透過強力磁場束縛（confine）電漿，避免電漿產生的熱能耗損。

李為力表示，氘和氚在反應爐內進行核融合後，會產生中子，中子不斷撞擊反應爐壁的調節器，因而產生熱能；接著讓爐壁外產生蒸氣，再由蒸氣去推動發電機，就完成整個核融合發電。

核融合發電流程圖 圖／普林斯頓電漿物理研究室提供聯合報系

核融合發電的理論很簡單，但要複製一個太陽並不容易。除了高溫電漿難以控制，小野指出，由於必須用強力磁場束縛高溫電漿，因此能源供應會出現「入不敷出」的現象，而ＰＰＰＬ目前進行的ＮＳＴＸ升級後，相信只要原本的三分之一或四分之一磁力，就可產生核融合能源；而只要成本降低，將有助於推動商轉。

二、命題趨勢

此新聞與國中理化相關的題材為：同位素、質能互換原理、原子結構、質子、中子。

三、牛刀小試

答案：

解析：

四、歷屆考古題

宜蘭縣冬山國中楊旺祥老師/撰寫