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議題背景：

美國能源部在台灣時間12/13(二)晚間23:00（美東時間EST 12/13上午10:00 ）舉辦記者會，說明透過「國家點火設施」（National Ignition Facility, NIF）首次完成一個可控制的核融合實驗，這是一個歷史性的技術突破。在這次實驗中也已達成輸出能量大於輸入能量的「淨能量增益」。台灣科技媒體中心邀請專家解析核能研究的最新進展。

• 美國能源部記者會
• 美國能源部官方新聞稿

專家怎麼說？

2022年12月15日
國立成功大學太空與電漿科學研究所副教授 張博宇

 Q1. 核融合一直被視為是很有潛力的發電方式，但過去在技術上遇到挑戰未能實現。這次美國能源局所公佈的「重大科學突破」， 跟過去相比突破了什麼障礙？

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）的「國家點火設施」[1]（National Ignition Facility, NIF），是使用慣性控制核融合[2]（Inertial confinement fusion, ICF）的方式來實現核融合產生能量。

在NIF進行的實驗中，會有一個直徑約為2毫米，由氘（ㄉㄠ）與氚（ㄔㄨㄢ）混合的結晶所製作而成的球殼靶材[3]，提供核融合所需要的燃料，靶材內部亦充滿氘與氚的混合氣體。在約10奈秒[4]的時間中，研究人員使用NIF雷射提供能量，將靶材快速壓縮到直徑約為0.1毫米。過程中，靶材透過接近絕熱壓縮的方式最終達到高壓（大於5千億個大氣壓）、高溫（大於攝氏1.5億度）的條件，使的靶材中的氘與氚在極短的時間內（約100皮秒），透過核融合反應來產生能量。

除此之外，由於靶材的製作技術的提升，可以提供更均勻的靶材；加上近期NIF雷射的效能提升，將雷射輸出能量提高了8%，因此可以使用球殼厚度較厚的靶材，減少了靶材製作上的缺陷對靶材表現的影響，同時也增加了核融合反應所需要的燃料（氘+氚）。因此，在這次的實驗中達到了系統融合反應所產生的能量（3.15 百萬焦耳MJ）大於壓縮靶材所使用的雷射能量（2.05 百萬焦耳MJ）。

 Q2. 這個突破對於全球的意義是什麼？我們怎麼理解，較符合實際的技術現實？我們可以因此認為核融合發電已經很接近商業應用嗎？

這次突破最大的意義在於，這是人類首次透過可控制的核融合反應過程，達到輸出的能量大於輸入的能量。這是實現核融合發電的第一步，證明透過核融合做為能量來源並非幻想。

然而，若要透過使用雷射來實現慣性控制核融合的方式來發電，仍然有很多挑戰，必須(1)再提高靶材產生能量的效率（根據理論計算，用相同雷射系統但不同的靶材設計可以產生上百焦耳的輸出能量）；(2)實驗的重複率從每天一次提升到每秒10次；(3)使用更高能量轉換效率及更高重複率的雷射（NIF的建置的主要目的是提供國防研究，且未使用最新的雷射技術）；(4)品質更好、速度更快的靶材製作技術；(5)將核融合產生的能量轉成電能的技術…等。

除了使用雷射來實現慣性控制核融合的方式，世界上有許多政府研究單位及私人公司正在使用不同的方式來實現核融合發電，譬如磁場控制核融合（Magnetic confinement fusion, MIF）或磁化慣性控制核融合（Magneto-inertial fusion, MIF，又稱Magnetized target fusion, MTF）等方式。

然而，這些方式也仍然在實驗開發階段，因此此突破距離商業運轉還有一段路要走，但這次的突破讓我們看到實現核融合發電的曙光。

Q3. 若核融合的研究離大規模應用還有一段距離，我們還需要哪些研究才能實現核融合發電？

這次的突破主要是來自於對基礎科學（電漿物理）更深入的了解、工程技術的突破及科學家與工程師更有效的合作。因此，若要實現核融合發電，需要投入電漿物理、材料科學、基礎物理、氚產置、能量轉換技術等方向的研究。

Q4. 目前台灣的新聞多數提及這個最新突破「有望協助能源系統淨零排放」，我們能夠依據現在看到的「淨能量增益」，就推測這次成果能在短期內，成為綠能推手嗎？

這次的突破，證明透過核融合做為能量來源並非幻想，長遠來看有望協助能源系統淨零排放。然而，在短期（5年）內是無法參與達到淨零排放。即便如此，此突破絕對是綠能推手，因為核融合發電不再只是一個夢想，而是可以實現的一個目標，將吸引更多政府、民間資源的投入，同時吸引更多人才參與核融合的研究，縮短實現核融合發電所需要的時間。