創科廣場｜歐洲進軍激光核聚變技術 落後中美 盼可後發先至

核聚變出現多項技術突破；去年底，中國安徽省合肥市中科院合肥物質科學研究院有「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克（Tokamak）核聚變實驗裝置（EAST），實現長達1056秒長脈衝高參數等離子體運行，達成最長放電紀錄。

聚變出現多項技術突破；去年底，中國安徽省合肥市中科院合肥物質科學研究院有「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克（Tokamak）核聚變實驗裝置（EAST），實現長達1056秒長脈衝高參數等離子體運行，達成最長放電紀錄。

上星期，歐洲多家工業集團投人核聚變；德國西門子能源、法國Thales、德國Trumpf工程集團等，與慕尼黑能源初創Marvel Fusion，合作開發激光核聚變，後者亦獲Earlybird基金領投3,500萬歐羅的A輪融資。

去年，開發核聚變除了美國和中國以外，韓國亦密鑼緊鼓；歐洲亦加人核聚變工業。全球致力碳中和，加上地緣政治緊張，能源被視為國家安全，核電又有安全隱憂，人類發現了核聚變不少優點，成為未來清潔能源最大寄望，頓時炙手可熱。

核聚變原料儲量極其豐富；幾乎是取之不竭，燃料是存於海水之中的氘和氚。氘和氚反應生成物是氦氣，既沒遺害深遠的核廢料；亦對環境無害。

而且一旦等離子體熄滅，聚變的反應自動終止，不再有連鎖反應，不會爆發類似日本福島的災難；而且足球場般大小的核聚變電站，已足供電給倫敦規模的城市。

實現核聚變反應困難重重

太陽的內部無時無刻不在發生核聚變，自古大自然和人類能量來源都是核聚變。有關核聚變的研究，始於上世紀的50年代，延綿超過半世紀；氫彈就是核聚變原理產生；不過可控制的核聚變，始終可望不可即。

最大困難在於實現核聚變反應，溫度要先達攝氏1億度以上，核聚變燃料完全電離，保證等離子體密度前提下，將高溫等離子體維持在相對足夠長時間以作發電，維持極高溫離子體作期運行；中國採用「磁約束」（Magnetic confinement ）技術。EAST就是先注入氫原子，再以各種方法加熱，原子而產出等離子體，離子體引發核聚變反應，再用超導磁體加以壓縮維持。

國際間亦有合作核聚變的研究計畫，正於法國建造的「國際熱核聚變實驗反應堆」（International Thermonuclear Experimental Reactor）亦以磁約束的原理；中國是上述技術路綫領先者，現時正在構建真正的發電設施。

不過，磁約束只是其中一種技術。去年美國首次以激光核聚變；釋可出超量的能量；證明了激光也是核聚變產生能源的方法；激光核聚變（Laser nuclear fusion）是以高功率激光作為驅動器的慣性約束的核聚變。

全球最大激光雷射器「美國國家點火設施」（National Ignition Facility，NIF），一次核聚變實驗導引192束高能量激光，射向一小粒含有氫同位素氘和氚的氫燃料球，加熱至攝氏1億度引發了核聚變，產生1.3百萬焦耳（1.3 megajoules）能量。

上述成果令德國初創Marvel Fusion相信，數年內激光核聚變可達商用化；Marvel Fusion理論模型剛剛才透過電腦的模擬運算，去年一步步展開實驗活動加以驗證。激光核聚變成果，實際上是脫胎自 2018年獲諾貝爾獎的加拿大和法國科學家Donna Strickland及Gérard Mourou；兩人所發明了「啁啾脈衝放大」（Chirped pulse amplification，CPA）技術，結果成為超高峰值功率超短脈衝激光技術的里程碑，推動了超強超短激光研究，激光可以瞬間強度10的n次方倍增大，成為高強度激光的工業標準；CPA廣泛應用在能源要求極高工作，包括了產生核聚變。

磁約束仍為主流

CPA也解決了以往激光器超出極限光強度範圍以外，對激光器元件產生有害非綫性效應，影響光束質量，甚至損壞元件。CPA技術可利用傳統的激光放大器，同時不導致非綫性光學效應而破壞放大器。

不過，迄今磁約束技術仍是主流，去年就吸引逾23億美元投資。去年美國的Helion能源公司從Peter Thiel及OpenAI行政總裁Sam Altman等融資了5億美元，首座設施正在動工；另一家Commonwealth Fusion Systems則獲老虎環球管理基金和微軟創辦人Bill Gates注資，集資達20億美元，成為迄今核聚變最大私募投資。

從上述發展可見，磁約束技術仍較成熟，歐洲要彎道超車，真是談何容易。德國科學家相信，憑歐洲的領先激光技術；仍可急起直追，有望在核聚變突破，加上明年德國即將關閉餘下僅有的3座核電設施，德國又靠俄羅斯供應能源，烏克蘭局勢緊張；尋求替代能源；重新掌握能源主導權，已是刻不容緩。

問題在於激光核聚變，仍處於探索階段；甚至紙上談兵；參與的3家公司都是歐洲工業巨擘，興建激光核聚變，動輒涉及數以十億歐羅投資，美國NIF造價就高達35億美元；Marvel Fusion須多次籌集資金，甚至公帑才夠資金興建設備原型；歐洲的激光研究無疑有一流的人才；但應付核聚變龐大開銷；可能才是最大挑戰。