美科學家提出加速器驅動系統，從核廢料製造核融合燃料「氚」
科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳 發表於 2025年8月27日
圖、美科學家提出加速器驅動系統，從核廢料製造核融合燃料「氚」
在全球能源轉型的浪潮下，核融合再度成為各國科學界與產業界的焦點。相較於以核分裂為基礎的傳統核電，核融合能模擬太陽能量來源，帶來更大規模的清潔能源。然而，核融合的關鍵燃料之一—氚(Tritium)，卻因稀有與高成本而成為發展瓶頸。當前全球氚總量僅約25公斤至39公斤之間，其商業價值高達每公斤3300萬美元，形成嚴峻的供應挑戰。
面對氚短缺問題，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家Terence Tarnowsky提出一項突破性的構想：利用核電廠產生的高放射性核廢料來製造氚。他在美國化學學會(ACS)2025年秋季會議上表示，若能成功應用此方法，不僅能緩解氚燃料危機，還可同時減輕核廢料儲存壓力，對清潔能源產業將是一舉兩得的戰略性解方。
當前核能發電主要依靠核分裂，透過鈾或鈽原子的裂變釋放中子與熱能。然而，這一過程同時產生需長期儲存的高危害核廢料，管理成本龐大且存在環境風險。相較之下，核融合的副產物放射性低且壽命短，被視為更綠色、更安全的能源形式。問題在於，氚的自然產量極為有限，且目前主要來源僅依賴加拿大少數核分裂反應堆的副產品。
Tarnowsky的方案利用粒子加速器啟動核廢料內部的裂變反應，讓放射性元素經一連串核轉換後釋放中子，進而促成氚的生成。這種「加速器驅動系統」的優點在於能夠隨時啟停，安全性較傳統連鎖式核反應更高。模擬結果顯示，若反應器以1 GW輸入能量運行，每年可產生約2公斤氚，與加拿大所有反應堆的年產量相當。
更值得注意的是，該系統在氚產量效率上優於傳統核融合反應堆，能在相同熱功率條件下產生逾十倍氚。這意味著若能落實工業化，不僅能解決燃料短缺，更可能為未來的核融合發電提供穩定且經濟的燃料來源，開啟清潔能源新篇章。
Tarnowsky的研究同時引入鋰鹽冷卻技術，利用熔融鋰鹽包覆核廢料。這一設計除了具備冷卻效能外，也能阻止廢料外流，被視為潛在的安全屏障。此外，由於反應過程難以提取可用於武器化的物質，亦可降低核擴散的風險。
然而，挑戰仍舊存在。氚本身具有12.3年的半衰期，容易衰變為氦-3，且因氫的化學特性，氚極易滲透材料或逸散至環境。這意味著即便能生產氚，如何安全儲存與輸送，仍需進一步研發專門技術與基礎設施，以確保供應鏈穩定。
從經濟角度來看，氚的價格高昂使得投資該技術具備吸引力。但同時，能否大規模推廣仍取決於公私部門的資金投入與政策支持。能源轉型需要長期規劃，而氚的生產與應用更是牽涉跨世代的工程，不能依靠臨時方案，必須提前布局。
國際能源市場對核融合的態度正在逐步轉變。十年前，相關構想常被視為過於理想化，但如今在人工智慧資料中心與電動車推動下，能源需求激增，核融合再度獲得更多討論與投資。尤其是如何透過廢料再利用來解決燃料短缺，更讓核融合從「夢想」逐漸邁向「可能」。(1093字；圖1)
參考資料：
Nuclear waste could be a source of fuel in future reactors. ACS. 2025/08/18
Scientists propose turning nuclear waste into potentially safer nuclear fuel. ABC News. 2025/08/19
Scientists Say They've Figured Out a Way to Turn Nuclear Waste Into a Powerful Fuel. Futurism. 2025/08/20
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