爱华网现在我们来检验一下太阳核心劳森核聚变条件数值。太阳核心温度1,600万度，不算高，密度则为水的150倍。粗略计算，太阳核心每cc至少含1024颗以上氢核子数目，根据一切观测，太阳能长期维持这个密度。即使太阳仅维持这个密度1秒钟，它的核心每cc已达1024秒级数，远远超过劳森核聚变引发条件上100亿倍。太阳家底雄厚，核聚能工厂轻松燃烧，丝毫没有熄火危险。人工核聚变所使用的温度比太阳核心温度常高出数倍，所以有人建议，劳森核聚变引发条件还应加上第三个温度参数，才可能更接近实况。劳森核聚能引发条件只能提供一个粗略参考数值。用人工制造太阳，至少要达到这个密度和亲热时间再加上足够温度三项相乘数值（the triple product），才有希望引发核聚变反应。在劳森条件实际运用上，常以一个“核聚能获利指数”Q（fusion energy gain factor）来估计一个核聚能发电厂能否产生净余能量：Q小于1表示核聚变输出能量比操作核聚变设备所需的能量低，出不敷入，净余能量为负；Q大于1表示核聚变输出能量比操作核聚变设备所需的能量大，净余能量为正。有用的核聚能发电厂至少Q要比1大，才有富裕的能量输出，而实际核聚能发电厂Q的数值则要数十或上百，才有商业价值。燃料原子能从分裂或聚合中取得能量，分水岭是铁。比铁重的原子，如铀和钸等，分裂生能。比铁轻的原子，如氢氦碳氧硅等，聚合生能。分裂重原子较易，拿热中子机枪扫射将其打碎就成。聚合轻原子困难，得寻找最容易的核子进行。氘（2H）为重氢，质子中子各一，氚（3H）为超重氢3，拥有1质子2中子。5个粒子凑在一起，仅需克服2个质子间的库仑排斥电力。反观以4个氢核子聚合，先要克服4个质子间的排斥力，和氘氚系统比较，显然难度大增。所以，前文提到的氘氚核子聚合，是最佳候选燃料（图3）。
氘和氚核子聚合燃烧后，产生的灰烬是氦4（4He），加上一个热中子，同时释放出17.6百万电子伏特（MeV）能量，为同等原子数碳燃烧所得能量的4百万倍。氘氚聚合共有五颗粒子，而碳有6质子6中子共12颗粒子，碳比氘氚系统略重近2.4倍，所以每公斤氘氚燃料产生的热能，大约等于一千万公斤或一万吨煤的能量。热中子是未来核聚能发电厂主要能量来源，它经能量转换，可使水变蒸汽，推动发电机。热中子和氦核子释放的能量以电子伏特计算。1电子伏特是一个电子在电场中失去1伏特电位所获的动能，和苹果在重力场中坠落得到动能道理相同。电子伏特是由物理学家弄出来的古怪单位，通常不如日常生活中食物的能量大卡和电表上的千瓦时度数易懂，读者在此约略知道它们都是能量单位就成。地球海洋水中每6,500个氢原子中，就有一个重氢原子氘，所以氘的供应量几近无限。但氚的半衰期仅为12.3年，容易消失，在地球上存量不多，需特别制造，一般以氘氚核聚变产生的热中子和锂（Li）直接反应即可获得丰富氚的资源。所以，氘氚核聚变产生的热中子，一面供应核聚能发电机热能，同时也生产自身所需的氚燃料，一举两得，非常合算。因氚还要费劲制造，近年有人建议从月球土壤中提炼氦3（Helium 3，3He）替代。氘可以和氦3聚合释能，但这个核聚变反应牵涉到3个带电粒子，所需克服库仑排斥的力量比氘氚聚合大了很多，较难实现。人类的确很快就要重访月球，月球土壤中沉积了太阳风几十亿年带过去的氦3，总蕴藏量上百万吨，不能算少，但在遥远的月球盖工厂提炼氦3，还是大手笔。专家们热闹讨论无妨，要纳税人买单可能相当困难。磁瓶第一颗氢弹爆炸后，人类就梦寐以求地想控制氢弹能量，让它慢慢释放，以供千秋万代使用。在1950年代，美、英和前苏联的核聚能研究，都是在“极机密”实验室中进行。1955年，联合国决定解密国际核聚能研究，给在冷战中酣战的愚钝人类，带来了一线智慧重现的曙光。控制氢弹能量显然不是件容易解决的科技问题。人类已用大动作投资了60多年，目前核聚能发电厂还是在纸上谈兵阶段，能达到最大的Q才0.7，离能量进出“够本”还有段距离，更谈不上商业发电。先谈谈这Q=0.7是怎么来的。要达到核聚变反应条件，一定得把核聚变燃料如氘和氚紧压在一起一段时间。用传统方式加压固可增加燃料密度万倍，但还不够。原因是压力容器一定拥有墙壁，墙壁不但把辛苦加压得来的高温热量传走，并还会向燃料注入从墙壁中剥落出来的杂质，增加核聚变反应困难。其实专家很快就发现，要挤压核聚变燃料，必得以无容器(containerless)技术进行。核聚变反应使用的无容器技术略分两类：惯性约束(inertial confinement)和磁约束(magnetic confinement)。先略谈惯性约束技术。核聚变燃料如各50%氘和氚混合液体，在惯性约束技术中，先被装进一个极微小的超薄超圆的重玻璃容器中。充满燃料的微球，在精确的亿分之一秒内，被从四面八方数十道极为对称的绝高功率的激光光束闪击，瞬间温度和密度急速上升，期望能达到劳森核聚变引发条件。美国在这项研究上已追逐了40余年，每年投入上亿美元经费，建造好几个巨大的多束激光设备，仍无功而退。目前这类研究专攻核子武器改良工作，对未来核聚能源贡献不大，本文不再多加描述。第二类的磁约束，是核聚能主流研究方向。核聚能初始燃料，经磁场加热后，一般皆以离子电浆状态存在。各类磁场可与电浆互动，不但能使电浆在无容器状况下悬浮在“磁瓶”空间，并可对其挤压加热，产生高温高动能氘和氚粒子，相互高速碰撞，以期达到劳森核聚变条件。成功与否，端看磁场设计。最成功的磁场是苏俄科学家设计的托克马克（Tokamak）机器，后由欧洲国家发扬光大，以欧联磁核聚变设备（Joint European Torus，JET）（图4），主掌磁核聚变技术帅旗。欧联磁核聚变设备高宽约10米，内含主要的环状磁场和数个垂直磁场，外加中央的脉动电浆电流起动兼加热磁场。环状加垂直加电浆电流的自生磁场，形成了一个包围在电浆外层的螺旋状磁场（图4-1），一面对氘氚电浆流经由挤压而得上千万度高温，一面维持电浆主体远离环状磁瓶墙壁，以确保由磁压辛苦得来的高温（图4-2）不减。1997年，欧联磁核聚变设备以氘氚燃料，创核聚变反应16百万瓦功率，相当于Q=0.7数值。这是目前人类能证实的最高Q的纪录。磁核聚变设备好不好用，全在磁场设计。各类磁场设计原理不难，属大一物理范畴。但产生磁场的线圈设计，牵涉到拓扑几何图形。有的磁场特复杂，造成其中所含电浆性质各异，对未来商业核聚能发电厂将会有不同的设计思维冲击（图5）。经过了近60年的努力，人类就快达到了Q=1的境界，但尚无法把太阳的核聚能装到磁瓶中发电。专家们结论，想再上一层楼，世界科技大国必需得强强联手，在欧联磁核聚变设备取得的成果上，再次冲刺，发展出一个更大的磁核聚变实验机器，以达到Q=5到10的目标。未来50年从理论上看来，磁核聚变机器越大，越容易得到较大Q的数值。2006年底，欧盟、美、俄、日、南韩和印度等决议斥资93亿美元，以10年时间，兴建新一代的“国际热核实验反应炉”（International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER）。后因“热核”字眼对日本太过敏感，又因ITER在拉丁语中意为“旅途”，最后这个计划只留用ITER简称。中国于2007年9月参加ITER，成为第7个会员国。对7个经济大国而言，93亿美元不是个大数目，仅够布什在伊拉克打9天的仗，但美国竟然在加入ITER一年后就宣布退出，令美国学界目瞪口呆，无法置信。ITER计划在2018年启动，目标为产生5亿瓦核聚变功率，并维持氘氚核聚变燃烧1,000秒。这个数值相当于Q=5。另一个目标是在1秒钟瞬间产生10亿瓦核聚变功率，相当于Q=10。第三个目标是实验由热中子与锂反应，自身生产超重氢氚，回馈核聚变炉当原始燃料。另外也开发商业核聚能发电厂所需的超导磁场先进科技，和热中子转换成发电热能的材料合成技术。核聚能发电厂的整体设计，要使用许多类的先进材料，期望能抵挡长年热中子和其它衍生出来的放射性元素的侵蚀。‘国际核聚变材料辐射设备’（International Fusion Materials Irradiation Facility，IFMIF）在2006年开始筹建，2017年使用，为核聚能发电厂所需材料科技把关。ITER计划需时30年才能完成。下一个大计划是在2024年开始筹建一个验证性的核聚能发电厂（DEMOnstration Power Plant，DEMO），在2033年起动，至2040-2060年间达到持续生产25亿瓦功率电力的目的，相当于Q=25，可比美21世纪传统大型发电厂的电力供应。结语过去60年，人类梦想把太阳核聚能装到瓶中当能源使用，现仍在这条艰难的长征路上前行。一分耕耘，一分收获，人类可能还要再努力50年，才能实现这个取之不尽、用之不竭的宇宙终极绿色能源。人类，加油！
