德國核融合新創公司計劃 2031 年啟用測試反應爐

談到核能，目前主要是指核分裂為主，許多人對於未來能源，寄望的是核融合，只是核融合遲遲未能商業運轉，如今德國新創公司比鄰融合（Proxima Fusions）發出豪語，訂下目標要在 2031 年啟用測試反應爐，賣出商用運轉的第一步，希望在 2030 年代能正式商用運轉。

核分裂反應要用來發電，有諸多缺點，主要是核分裂後的分裂產物還是有高放射性，這部分能量卻無法使用，反而成為尾大不掉的高能核廢，核融合則沒有這樣的問題，融合後的產物是無害的氦，因此被視為是真正的潔淨能源。

只不過，過去核融合一直是「未來能源」，因為要達到讓氫能融合需要巨大能量，很長的一段時間，產生的能源，都少於輸入的能源，後續才有實驗團隊逐漸在短時間內輸入大於輸出。

初期核融合的主要反應爐形式為環磁機（Tokamak），顧名思義結構就是一個環形，打造設計上雖然相對容易但是控制上卻相當困難。另一種核融合反應爐的想法是仿星器（Stellarator），名稱來自模擬恆星內部持續不斷的核融合反應，仿星器的磁面像一條不斷曲折的帶子，線圈繞著帶子的形狀，打造上遠比環磁機複雜困難，但是操作上比較容易。

如何將發出的能量轉換成電力也是挑戰

比鄰融合的原型機設計來自於普朗克學會（Max Planck Institute）研究電漿物理學，取得 6,500 萬美元資金，其中包括德國政府的資助，採用仿星器的路線，使用高溫超導體，開發準等磁（quasi-isodynamic，QI）仿星器，在實際打造之前，打算先用機械學習與電腦模擬測試，模擬出最佳的結構後再實際打造。預計於 2031 年打造出測試反應爐，預計打造預算為 10 億歐元。

美國自麻省理工學院創業的聯邦融合系統（Commonwealth Fusion Systems）則採用環磁機，也是計劃於 2030 年代打造出商用核融合發電，預計建廠於維吉尼亞州，聯邦融合系統已經募資 20 億美元，但是目前反應爐還正在興建，別說達成電漿生成，或是達到輸出大於輸出，至於該如何把核融合能量轉換為電力，也還沒有設想完成。

歐盟主導，印、日、中、俄、美、韓加入的國際熱核融合實驗反應爐（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）計畫，也採用環磁機，已經嚴重落後進度，何時能有成果遙遙無期。

其他核融合新創公司還有法國 Alcen、德國 Bruker、RI 研究儀器、義大利 ASG 超導體、西班牙 IDOM 共同創立的高斯融合（Gauss Fusion）公司，也是採用仿星器反應爐，5 家公司投資 800 萬歐元，德國政府則補助 900 萬歐元成立，預計 2040 年興建核融合發電廠，估計預算 180 億歐元。

驚奇融合（Marvel Fusion）則採用雷射技術，走慣性局限融合（inertial confinement fusion）路線，也就是並不打造電漿空間，而是把氘、氚混合燃料以金屬外殼緊緊包覆在小空間中，此金屬外殼稱為環空器（Hohlraum），用雷射聚焦在環空器上加熱，使環空器向內部的燃料輻射 X 射線間接加熱，以達成核融合反應，採用間接加熱的原因是，比起直接加熱，環空器間接加熱的方式更均勻對稱。

驚奇融合與美國科羅拉多州大學合作建立示範反應爐，預計 2027 年初啟用，驚奇融合於 2024 年 9 月 B 輪募資 6,280 萬英鎊，另外取得歐盟創新委員會 250 萬英鎊補貼，以及最多 1,500 萬英鎊投資，預計原型機於 2032-2033 年完成。

如果上述計畫都能順利，仿星器、環磁機、雷射引爆，到底哪個技術才是核融合的「真命天子」？或許 2030 年代就會揭曉，若又是不斷延期、追加預算，那恐怕就只能停留在「未來能源」，但下一步是：如何將發出的能量轉換成電力，這也是重大挑戰。

（首圖來源：Proxima Fusions）