日前美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)發表了核融合研究的突破性進展，首次實現核融合反應的淨能量增益，驗證了以人工方式製造了猶如太陽核心氫原子融合產生能量的過程，為人類未來清潔能源打開一扇機會之窗。此一成果雖然距商用化仍相當遙遠的距離，但是理論獲得證實後，會吸引更多的資金與研究的投入，技術進展將駛進快車道，人類可望在數十年內獲得取之不盡用之不竭的清潔能源，讓人類文明進入飛躍性的進展。
美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室發表核融合研究的突破性進展，首次實現核融合反應的淨能量增益。圖為激光轟擊靶球內的氫原子示意圖。（圖／LLNL）
氫融合產生能量的理論與研究從上世紀50年代就已開始，雖然很早就證實融合可以產生大量能量，但達到讓氫原子融合的過程需要耗費的能量一直比融合後產生的能量更多。美國國家實驗室耗資35億美元的國家點火裝置(NIF)建成13年後，用巨型高能激光終於實現了初步目標，引發氫融合的能量首次在實驗中超出輸入的能量，形成能量正增益（Q>1）效果，理論上證實此一融合過程可以生產更多能量的推論。
這次實驗以能量高達2.05兆焦耳激光轟擊靶球內的重氫原子，促成其融合後產生約3.15兆焦耳能量。不過，這次輸入能量僅計算激光接觸氫原子靶球表面能量，未計算生成此一高能激光與運作系統所需能量（估計至少約300兆焦耳），因此雖然實驗結果驗證了理論，但操作上仍小有缺陷，有待未來進一步將其補足，這也可能是未來商用化過程中較大的技術障礙。此外，促成這種稱為慣性核融合的高能激光，每次啟動間隔長達數小時之久，距離每秒至少10次的目標還有很多困難需要克服。
美國國家實驗室的國家點火裝置，用巨型高能激光終於實現了核融合能量正增益的初步目標。（圖／LLNL)
這次實驗以能量高達2.05兆焦耳激光轟擊靶球內的重氫原子，促成其融合後產生約3.15兆焦耳能量。不過，這次輸入能量僅計算激光接觸氫原子靶球表面能量，未計算生成此一高能激光與運作系統所需能量（估計至少約300兆焦耳），因此雖然實驗結果驗證了理論，但操作上仍小有缺陷，有待未來進一步將其補足，這也可能是未來商用化過程中較大的技術障礙。此外，促成這種稱為慣性核融合的高能激光，每次啟動間隔長達數小時之久，距離每秒至少10次的目標還有很多困難需要克服。
過去10幾年來國家點火裝置(NIF)歷次用高能激光進行重氫核融合產出能量表，直到今年的實驗才完成輸出能量大於輸入能量的正增益效果。（圖／LLNL)
美國國家實驗室在發佈研究結果之後，還要將報告發佈于于科學期刊供行審議，相關的技術細節與詳細數據才能為外界得知。美國能源部長葛蘭霍姆（Jennifer Granholm）表示：「這是一個歷史性的時刻，自此以後，遊戲規則將會被永遠改變。」而從更廣泛的應用上來看，這次實驗的成果不只改變清潔能源的未來，也會影響美國的軍事科技發展。美國政府官員也表示，NIF這一里程碑式的突破，可以幫助美國在不進行傳統核試驗的情況下保持核威懾力。美國參議院多數黨領袖查爾斯．舒默（Charles Schumer）則說：「在今年的《國防授權法》中，慣性約束核融合（ICF）專案將獲得有史以來最高的撥款—─超過6.24億美元，能讓這個驚人的突破再往前跨一大步。」可見這項新技術涉及的範圍極廣。
自從人類首次感受到能源危機以及碳排放造成全球暖化問題以來，核融合製造清潔能源一直是科學界的聖杯。核融合技術也有多種不同的理論途徑，目前比較有進展的還有一種稱為磁約束核融合途徑，它使用托卡馬克（tokamak）技術來達成磁約束以包覆電漿，並透過螺線運動加熱，進而引發核融合反應。目前美國、法國、中國都有科研機構進行研究。
與美國國家實驗室這次發佈的慣性約束核融合相比，磁約束核融合的進展較慢些，但它在理論與技術上的優點是「簡單粗暴」，只要磁場愈強、裝置尺寸愈大，就能逐步提升促成核融合環境的效果。一旦過了臨界點形成核融合，磁約束會產生自我持續現象，只要往裏頭添加氫原料就能延續核融合反應，因此核融合的能量增益比也不再有重要的意義。比起慣性約束核融合要各種條件極為精準才能形成氫原子融合的過程，磁約束顯得簡單得多，雖然目前其技術進展較慢，但未能可能在慣性約束途徑在某個時間點上卡住時，磁約束技術就可能以穩定速度超前。中國目前的發展也是以磁約束的技術路線為主，已有相當的成果。
磁約束核融合技術是使用托卡馬克裝置（如示意圖）以磁約束包覆電漿，並透過螺線運動加熱至攝氏一億度，進而引發連續性的核融合反應。（圖／威斯康星大學）
一般人最關心的還是核融合商業化的進程，以目前技術發展情況來看，多數的科學家認為或許不會比核融合理論從發軔至今的70年那麼久，但仍然需要數十年之譜。目前技術路線已出現突破，勢必引來更多的研究人員與資金的投入，這項技術競爭也將成為幾個大國與集團進行軍事戰略與經濟科技較量的場域，必然也會形塑未來人類社會的樣貌。
