核能復興首部曲：AI的盡頭是能源之群龍無首

如果一個王儲，少年時意氣風發，卻因為權臣合謀，被迫流亡數十年，嘗盡冤屈和孤獨，直到機緣降臨，班師回朝登峰造極，這樣的人生腳本，你願意嗎？

太苦了，這樣的人生。我們今天故事的主角：核能，就是一個如同金庸小說筆下的苦情男主角，如果不是因為AI發展及淨零排放，不知還會再流亡多久。

我聽說綠學院的專欄文章多年下來培養出很多鐵粉，很習慣綠學院用趨勢、商機的角度談綠色科技。接下來的核能系列，我打算用類小說的方式呈現我過去多年來的核能教學心法，希望在網路上一大堆號稱是核能白話文的影片中，呈現出另類的小清新綠色科技風格，讓你感覺核能有溫暖、甚至帶點商機或投資的想像力。讓我們開始吧！

一句話分辨核融合和核分裂（註一）：1+1>2，是核融合；2>1+1，是核分裂

我們日常的能源使用如燃燒木材、油、煤等是原子核外的電子作用產生的化學能，核能則是原子核內的核子（中子或質子）作用，又分為核融合和核分裂兩種路線，單位質量的能量強度之差為5~7個數量級（註二）。

若用一句話講完核融合和核分裂，我的理解是，在核反應的世界中，一加一大於二，是核融合；二大於一加一，是核分裂。

當兩顆輕原子融合，新原子質量比兩顆輕原子加起來少，根據愛因斯坦的質能互換公式E=MC2，少掉的質量就轉化成核融合反應放出巨大的能量。反之，重原子裂成兩半，少掉的就是核分裂放出的能量。這少掉的質量其實很少，理論值（上限）核分裂僅0.1%，核融合也不過0.7%，但質能公式中的C是宇宙中極限速度光速，再平方後，核反應的能量當然是毀天滅地的驚人。

都是核子作用，為什麼核融合和核分裂差別這麼大？

既然都是核子作用，為什麼核融合與核分裂差別這麼大？讓我們看下圖核子束縛能曲線，大致有個感覺即可，除非你大學有上過物理，否則不用過於糾結。束縛能隨原子量而快速增加，到鐵附近的最高點而後緩緩下降，束縛能越高就是核子越穩定，所以由曲線兩端往中間都可產生核反應，在前面陡升段由輕變重就是核融合，後面緩降段由重變輕就是核分裂，放出的能量就是束縛能之差，所以核融合在陡升段產生的能量比緩降段的核分裂大很多，而形成反應的困難度也更大。

這裡面有個知識點，你看曲線到碳(C)原子束縛能已近最高點鐵的九成，所以人工核融合的燃料只鎖定元素週期表最輕的幾種如氫和氦，硼已是最頂級的挑戰，這樣最有效率。我們都知道核武威力驚人，如終止二戰的廣島原子彈威力為一萬五千噸炸藥(15 kilo tons of TNT)，是核分裂原理，但核融合的氫彈威力則動輒百萬噸級，最大的超過五千萬噸。這也就是為什麼原子彈首先問世，七年後氫彈才出來，而且氫彈還得要原子彈引爆，無法只靠氫原料。

你可能好奇這些元素是怎麼來的，讓我們回顧宇宙中元素的來源。在宇宙誕生時，由無限小的時空無限大能量奇異點產生了大霹靂，物質於焉而生，能量轉成質量，是比核子更基本的膠子及夸克，隨著第一秒鐘開始融成了核子，宇宙快速爆炸膨脹，溫度也急速下降，十秒鐘就開始形成原子，由最輕的氫依次融合成更重的氦，二十分鐘後大致底定了宇宙初期原子的合成。五億年後，恆星形成，巨大的重力場開始將氫及氦融成更重的元素，大概形成到鐵左右也就差不多了，至於其他更重的元素，主要是後來這些星體滅亡崩塌中形成，如超新星或中子星等。翻成白話文的意思是，宇宙基本合成（融合）的上限就是鐵，也就是束縛能曲線的最高點，不過沒差，生命所需的元素這些就很夠了，例如血紅素中的鐵對我們就很夠用。

AI的盡頭是能源，能源的盡頭是核能

將威力最大的武器馴服為能源使用，是人類歷史上「化刀劍為鋤犁」的經典，但終極能源這條科技路並不順遂，一開始實踐的是核分裂的結束二戰之原子彈，只花了兩年就成功造出了，再到第一座核電廠及核潛艇，也只花了不到十年光景。而原子彈到氫彈雖只隔了七年，但過去的六十年，每當談到核融合這聖杯，「再三十年即可商轉」的新聞不斷跳票，2025年了，我們還要再等另一個三十年嗎？

答案揭曉之前，下一篇，我先帶你看懂目前運轉主流核能發電運作原理。

註一：核分裂又稱為核裂變；核融合又稱為核聚變
註二：一個數量級為相差10倍，5~7個數量級意味著相差十萬到千萬倍

＊本文獲綠學院授權轉載，原文為：核能復興首部曲：AI的盡頭是能源之群龍無首

作者 王曉中

台大土木系畢業，美西北大學環工輻射博士。縱橫產官學研四十餘年，歷任原能會客座專家、國科會（芝加哥科學組組長、環發會執行祕書）、及美國家研究院、美核能工業界核安專家等，並在台大土木及公衛、成大、中醫大、北科大、政大、淡江、雲科大等授課。業餘耕耘文字，當過數種科技刊物總編，拿下國科會首屆科普文學獎。

責任編輯：管婺媛