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未來展望－核融合發電
如 要得到一相當大的反應速率時，則必須加溫到 10Kev 以上，亦即相當於 109K的溫度(1K 相當於 1.42×10焦耳；又 1ev=1.16×10K)。而在如此高的溫度下， 所有物質早就游離化了，此種游離化狀態叫做電漿(plasma)或稱為離子氣體(ionized gas)。基本上電漿為離子之集合體，由於離子與離子之間有庫倫電力的影響，故要詳細分析相當困難，另一方面電漿亦具有流體的性質，故許多流體力學分析法 均可以應用，於科學上即稱其為磁流體動力學(Magneto-Hydrodynamics 簡稱MHD)。
融合過程
氫 核即為質子。縱然在高溫的太陽核心，因受強大的靜電斥力的限制，質子–質子對撞而融合為氘（H）的機率非常的低，據估算每個質子融合的速率約為 5˙101/秒，是個非常緩慢的過程，但太陽核心有近 10個質子，故每秒仍有近 10個質子完成融合。 氫融合為氦的主要流程為H + H →H + e+ υ（微中子）H + H →He + γHe + He → He + 2 H。淨反應可寫成4 H →He + 2 e++ 2 υ(微中子) + 能量。正電子(e)與一般電子相遇後，相互湮滅產生二個 X 射線，故氫歷經質子–質子鏈的融合反應，可以簡單的表示成4 H →He + 2 υ(微中子) + 能量而此處所產生的微中子屬於電子家族，故又常稱為電子微中子（electron neutrino），微中子為電中性，至於其靜態質量為零或近乎零。
質量與能量等效氦的質量較四個單獨的氫之質量小，由愛因斯坦的質–能公式告訴我們ΔE = Δm c c 為光在真空中的傳遞速率，也就是〝損失的質量轉變成能量的釋出〞。
4 個氫核的質量= m= 6.693*10kg 1 個氦核的質量= m= 6.645*10kg 在氫融合過程的質量損失=Δm = 0.048*10kg，相當於有近 0.72% 的質量損失。而一次氫核融合所釋出的能量為 ΔE ＝Δm c= （0.048˙10kg）˙（3˙10m/sec）＝0.43˙10J ＝1˙10卡一公克的氫約有 6˙10個氫核，每一次氫核融合用掉 4 個氫核產生 1˙10卡的能量， 所以 1 公克的氫在核融合過程中可產生（6.02˙10/4）(1˙10= 1.5 ˙10)卡
二、核融合與核分裂發電的差異
理論上，核能之產生循兩種可能途徑，其一為核分裂（fission），即重元（例如鈾、鈽）吸收中子分裂成為二質量約相等之分裂產物，並釋出大量能量之反應。另一為核融合（fusion），即兩輕元素融合產生新元素，並釋放出大量能量之反應。
核 融合技術目前仍無法商業化，故今日核子動力均源自核分裂，由核分裂產生之電力，目前約佔全世界總電力供應量之百分之十。核分裂之過程可分成數個階段，首先 中子撞擊重原子核；中子被吸收而形成複核（compound nucleus）；此複核並不穩定，而繼續分裂成兩個或以上之原子核，同時並放射出數個中子；這些中子又被其他原子核所吸收，如若具有足夠之原子則可能發 展形成鏈鎖反應（chain reaction），此鏈鎖反應即構成核子反應器（nuclear reactor）運轉之基礎。
核分裂發電
單 一鈾原子之分裂，約產生 200Mev（106ev）之能量，而一個碳原子之燃燒，僅產生４ev 能量。換句話說，１公噸鈾進行核分裂，其所釋放出之總能量約等於250 萬公噸煤之燃燒熱。天然鈾（natural uranium）含有 99.3%之和 0.7%之較輕同位素，後者乃核子反應器中最常被利用之燃料。當反應器運轉一段時日後，所佔之百分比會顯著地下降，同時燃料亦受到分裂產物之污染，因而鏈 鎖反應無法繼續維持，此時即須更新燃料。但是舊燃料仍含有用之及大量之和少量之鈽元素，其均可再供其他型式反應器之使用。
核子反應器之分類有多種方法，常用之分類法是依據
A.引發核分裂的中子之動能
B.反應器的目的
C.反應器核心的幾何形狀和組成
D.冷劑的型態
如依據引發核分裂的中子動能之大小來分類反應器，則可分成三大類，即熱反應器、級反應器和快速反應器。於快速反應器中，核分裂過程是由平均動能約為數十 mev 的快速中子所引發；在中級反應器中，核分裂過程是由平均動能約為0.11.0mev 的中子所引發，而熱反應器的核分裂過程，則由平均動能約為0.1ev的中子所引發。
A.熱反應器
此種型式之反應器包括有下列各種組件：
a.可分裂燃料：將分裂鏈鎖反應維持其中
b.緩和劑：將分裂中子減慢至熱能範圍
c.冷劑：循環經過然料而帶走分裂釋出之熱
d.控制器：例如中子吸收器，減少中子數目
e.可分裂燃料之稀釋劑，通常用 238／92u
f.供支撐上述組件之結構材料
許多熱反應器之冷劑通常亦同時充當緩和劑使用。
B.快速反應器此種型式之反應器包括有下列各種組件
a.可分裂燃料：通常使用 239／94pu 亦可使用
b.冷劑
c.控制器
d.燃料之稀釋劑
e.支撐上述組件之結構材料
f.燃料滲有可孕材料：適用於轉換用
實際上，目前運轉中之核子動力反應器均使用鈾－２３５做燃料，而以鈾－２３８稀釋之。反應器型式與設計之選擇，通常取決於經濟因素，並受國情影響，因此各國使用情形不甚相同。各國常用的反應器有
A.輕水式反應器-包括壓水式反應器和沸水式反應器二種
B.重水式反應器
C.高溫氣冷式反應器
D.快速孳生式反應器
E.其它型式反應器等
a.輕水反應器
包括壓水式反應器和沸水式反應器兩種，世界上大部分反應器均屬於此一類型
b.壓水式反應器（Pressurized Water Reactor ，簡稱 PWR）
c.沸水式反應器（Boiling Water Reactor，簡稱 BWR）
d.重水式反應器（Heavy Water Reactor，簡稱 HWR）
e.高溫氣冷式反應器（High Temperature Gas Reactor，簡稱 HTGR）
f.快速孳生式反應器（Fast Breeder Reactor，簡稱 FBR）
g.其他型式反應器（gas-graphite reactor）
h.其他反應器，例如氣體-石墨反應器採用天然鈾為燃料，而冷劑為壓之二氧化碳，並且以碳充當緩和劑使用。
核融合發電
核 融合能的發展就是為了解決人類永久的能源問題。由於核融合所需要之反應物為氘與氚，氘可由海水中提煉，氚則由鋰金屬與中子反應產生。以目前地球上海水中所 含的重氫（氘）若能全部以融合方式產生能源，則可供人類百萬年之需求，可說是無限的。因此,雖然要達到核融合發電商業運轉困難重重，仍有很長一段路要走， 但世界各主要國家政府，仍不惜每年投入相當的研究經費和人力進行為核融合商業發電的研究和努力。
目 前核融合研究的兩大瓶頸 : 一是電漿性質及其不穩定性，此領域屬於電漿物理範籌，國外有許多大型研究設備建立在進行此方面之研究工作。另一個則是材料問題，由於 D-T 反應需將電漿加熱至 10KeV 以上相當於 1 億度的高溫，沒有任何材料可以容忍此種高溫，因此電漿是以懸空的狀態，用磁場來控制在圈圈餅形狀之容器內（Tokamak）。雖然如此，其容器壁仍需承受 因融合而產生之高能量中子束的撞擊，以及因（n，α）反應所產生之氦原子和由氘所造成之氘原子存於材料中。三種效應均對材料性質產生嚴重的影響，而三種因 素同時存在的效應則更必須研究清楚。
三、核融合發電之實用性與可行性
太陽能便是核融合反應所產生之能量，從我們對太陽能的需求便可知道：核融合是十分重要、強大、且極可能是人類未來賴以維生之能量來源想要利用核融合發電，最大的問題在於找到一種產生極高溫度（比太陽中心溫度還要更高）的方法，以及將如此高溫的氫原子侷限在某一區域內的技術，如此氫原子就可如太陽內部一樣融合成氦原子而放出能量了。由於核融合所產生的物質不具放射性，因此我們不會受到被放射性物質污染的危險，這是它有利之處。但是如果控制不當，核融合反應會產生類似氫彈的爆炸。如果未來人類有足夠的科技，能安全地控制核融合時，我們將不會再有所謂的「能源危機」了！
多數融合專家曾嘗試用磁場壓縮氫氣，壓到能夠讓融合作用持續發生的熱度，太陽能就是這樣產生的。可是，要維續高密度的氫氣團，比五十年前科學界開始融合試驗時所想像的要困難得多。
連堅信此一理論可行的科學家都說，要達到商業發電的地步，恐怕還要再經過幾十年的研究，也需要昂貴的反應爐。科學家把這種發電法比做「在爐子裡面燒煤炭」。
美 國科學家用強力Ｘ光把氫原子壓縮成接近太陽中心的狀況，等於「引爆一顆超小氫彈」，完成了熱能核融合 （thermonuclearfusion）。這種規模的爆炸不至危險，但可藉類似太陽產生能量的「融合」力發電。要怎麼設計一座機器，讓它能夠迅速連續 引爆核能，又不被炸毀，這是機械工程界的一大挑戰。加州利佛摩國家實驗室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory）曾 經以強烈雷射光射到氫氣管的方法，引爆核融合。其他的科學家也試過用高度密集的氙或銫元素引燃氫氣內爆。三迪亞實驗室的 Ζ 加速器在九零年代中期，曾經創下放射二十兆瓦特Ｘ光的光輝記錄，可是離融合所需仍差得遠，實驗室主管一度想把加速器關閉。後來，研究人員設法改善加速器的 功能，把放射Ｘ光的功能增加十倍之多，最高可以放射兩百兆瓦特，從此變成融合研究的黑馬。該實驗室Ｘ光射進氫氣管數十億分之一兩秒之間所產生的能量，遠遠 超過全球所有發電廠所產生的總量。
四、核融合發電的優、缺點
核融合被視為未來主要的能源，其主要優點如下：
01.原料取得容易 02.少量原料高產能 03.其廢料幅射性低 04.潔淨的發電過程
05. 發生故障，立刻停機，不會爆炸由於這些安全，環保且原料豐富的特性，幾乎成為人類未來能源之希望所在。核融合的能量非常大，氫彈就是利用核融合的原理製造 的。核融合也是在太陽和許多恆星中經常進行著的反應。它的優點是沒有放射性污染的顧慮。但是到目前為止科學家還沒有能夠得到可以控制的核融合能。我個人覺 得，在能量的去路尚未開發成功之前，或是一個有效、可執行的節制發電量的國際公約尚未制定之前，可控制的核融合沒有開發成功，未嘗不是一件好事。否則，地 球上能量的累積，或稱之為全球的熱污染，所造成的後果是不堪設想的。
五、核融合未來的發展
核融合能是目前唯一具有經濟效益的永續能源（Sustainable Energy），多樣性的潛力使得核能的發展無可限量。核能發展的趨勢可以分成 4 種方向
01.持續改進現有核分裂（Nuclear fission）反應器，朝向更安全、運轉更有彈性、效率更高、更經濟、對環境更友善的方向大步邁進。
02.開發快滋生反應器（Fast Breeder Reactor），大幅提升能源使用效率，
奠定永續能源的基礎。
03.人類的永續發展不是只有能源供應，水資源與氫能源的拓展更形重要，核
能應用於產生氫能源（Hydrogen energy）與海水淡化（Seawater Desalination）
有積極重要的貢獻。
04.核融合（Nuclear fusion）是人類能源的最終解決方案（Total solution），
也是最有善環境的永續能源。
核融合（nuclear fusion）是人類永續的未來。比起現在的核分裂，核融合的優
點包括 :
01.燃料來源不虞匱乏：據估計，全球海水中所蘊藏的氘（H）核種可以提供 世界 100 億年的能源，幾乎是取之不盡、用之不竭。
02.核融合不會產生任何放射性廢料，沒有廢料難解的技術與政治問題。
03.只要減少電漿密度或燃料供給，核融合反應可以隨時終止，其控制性比現行核分裂反應器要容易。
目前世界各先進國家都有長期的核融合計劃，包括：日本的 JT-60 計劃，歐洲共同體的 JET 計劃，與全球大聯盟的 ITER 計劃。
自 1988 年起，美國、歐盟、日本與俄羅斯共同合作成立了 ITER 計畫，其目的是設計並建造一個大型的實驗反應器。預期在 2008 年開始初期運轉，在 2050 年代，全球第一個商業運轉的核融合電廠將會問世。
結論
由於人口增加，每人耗費的能源用量也不斷升高，但自然界的能源蘊藏並非無
窮， 於傳統能源逐漸 枯竭之際，對各種形式再生能源的開發研究正被各國重視。近年來，無論核分裂、核融合和太陽能的研究發展，均呈現出一片蓬勃景象，但目前依賴最重，使用最多 的還是化石性燃料，如煤、石油和天然氣等，佔有 90﹪以上的今日能源供應市場由於這類燃料其蘊藏量有限且日益枯竭、分佈不均，使用時又污染嚴重，鑒於目前已經投置的生產設備和應用技術，預計化石燃料尚 可以維持在能源主流的地位直至本世紀之末，因此人類當務之急便是尋求更好用的燃料，並加緊改良現有能源的利用技術。
目前核融合發電尚未成功。科學 界預估，還要三十年時間技術才臻成熟，人類方能享受核融合發電的成果，儘管如此，核融合已被視為二十一世紀最具潛力的發電技術，如果成功的話，人類就可以 建立高效率、低污染、用之不竭的能源。科技帶來的許多正面影響，但也必須注意其負面衝擊。其中包括
一、科技的發展，帶來了物質文明，是否會損及精神文明？
二、科技帶來了大量的工業污染，礦物燃料的燃燒引起溫室效應及氣候之常，如此是否會引起人類生存之危機？
三、以核分裂方式提供能源有環保之顧慮，但石油等礦物燃料儲存有限，當其耗盡之時，是否即為人類文明終結之日？
這些人文、科技、環保議題，近經常被提出來討論，但通常都忽略了幾個事實：即農業對生態環境的破壞，是相當嚴重的。無數的森林遭到砍伐，為灌溉所建築之渠道、水壩、堤防等，通常也都帶來生態上嚴重的破壞，田園與高爾夫球場一樣，絕非自然的本.
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