人造太陽
駕馭恆星之力，點亮地球未來
「人造太陽」是對尖端核融合裝置的形象比喻，其目標是在地球上模擬恆星的能量產生過程。它承諾為人類提供一種清潔、安全且幾乎取之不竭的終極能源，以應對氣候變遷與能源危機。
開始探索運作原理
本節將揭示核融合的基礎物理學——從愛因斯坦的質能方程式到創造恆星條件所需的極端環境。了解我們如何在地球上點燃微型太陽。
融合反應：$E=mc^2$ 的實踐
核融合的本質，是讓輕的原子核（如氫的同位素氘和氚）在極端條件下融合為更重的原子核。過程中微小的質量虧損，會根據 $E=mc^2$ 方程式轉化為巨大的能量。
主流燃料選擇：氘-氚 (D-T) 反應
D + T → ⁴He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)
D-T反應因其點燃溫度相對較低、反應效率高，成為當前研究的主流。它產生一個氦原子核和一個攜帶大部分能量的高能中子。
點燃反應的「三要素」
僅有高溫不足以實現能量淨輸出。「勞遜判據」定義了三個關鍵條件的乘積必須達到閾值，才能讓反應自我維持。
極致高溫 (T)
> 1億°C
將燃料加熱成電漿態，賦予原子核足夠動能以克服排斥力。
足夠密度 (n)
高密度
增加粒子碰撞機率，以觸發足夠多的融合反應。
約束時間 (τ)
足夠長
將高溫電漿維持足夠長的時間，以產生能量。
技術路徑
要馴服「太陽」，科學家們開發了兩種主要技術路徑。本節將帶您了解如何用磁力牢籠或雷射內爆來創造融合條件，並透過互動比較探索它們的優劣。
托卡馬克 (Tokamak)
一種環形（甜甜圈狀）裝置，利用外部線圈產生的強大環向磁場，以及在電漿內部感應出的電流所產生的極向磁場，共同編織出螺旋磁力線來約束高溫電漿。這是目前全球最主流、技術最成熟的路線。
全球競賽
核融合研發已進入一個公共資金支持的宏大科學項目與風險資本驅動的敏捷私營公司並存的「新太空競賽」時代。本節將展示主要參與者及其雄心勃勃的目標。
主要參與者
關鍵里程碑時間線
2022: NIF 實現科學點火
慣性約束融合證明能量輸出可大於雷射輸入。
2026-27 (目標): SPARC 實現淨能量增益
CFS公司旨在用緊湊型高場托卡馬克證明商業可行性。
2028 (目標): Helion 商業發電
Helion公司計劃用其創新的脈衝融合技術率先併網。
2039 (目標): ITER 開始氘-氚運行
國際合作的旗艦項目將在發電廠規模驗證 Q≥10 的科學。
挑戰與未來
從科學演示到商業電廠，核融合仍需跨越燃料、材料和經濟性這「三大挑戰」。本節將探討這些障礙，並展望融合能源的最終前景。
商業化路上的三大挑戰
① 燃料挑戰：氚的自持
燃料「氚」在自然界極其稀有，必須在反應爐內部通過中子轟擊「鋰」來持續「滋生」。實現氚的消耗與再生平衡 (TBR > 1) 是先決條件。
② 材料挑戰：承受極端環境
反應爐內壁材料需承受超高熱負荷和強中子輻照，這對材料科學提出了極高要求。目前首選「鎢」，但其脆性等問題仍待解決。
③ 經濟性挑戰：成本競爭力
即使技術可行，核融合發電的「度電成本 (LCOE)」也必須足夠低，才能與現有能源競爭。這是從科學成功到商業成功的關鍵。
度電成本 (LCOE) 比較
核融合的長期目標是將LCOE降至與其他主流能源相當或更低的水平。下圖為一個預估比較。