【能源2】核能的另一條路：「釷」元素是未來之星？

當我們談核能時，常會想到兩個字：裂變與聚變。前者是把重原子核劈開，釋放能量；後者是把輕核合併，也會放出巨大的能量（太陽就是靠聚變發光發熱）。但在地球上實際商業化、穩定運作的，直到今天大部分仍是靠核裂變──尤其是以鈾為主的反應堆。那麼，有沒有更安全、資源更充足的選擇？釷（thorium，元素符號 Th）就是一個被反覆提出來的候選人。本篇用簡單生活化的比喻，說明鈾與釷的差別、釷如何變成能用的燃料，以及為何它仍需時間成熟。

核裂變、核聚變：一句話理解

核裂變像把一顆大石頭劈成兩塊，裂開時會有能量和中子飛出來；若這些中子去撞別的石頭，繼續把它們劈開，就會出現「連鎖反應」。核聚變則像把兩塊小磁鐵強行擠在一起，因為帶正電的原子核互相排斥，要靠非常高的溫度或壓力才能克服那道靜電障礙（這就是為何要把太陽那種規模的能量搬到地球很困難）。

一句最有名的物理公式 E=mc2（質能等價），告訴我們少量質量可以轉換為巨大能量；裂變跟聚變都是在不同方式下實現這個轉換。

鈾為什麼適合做反應堆？又帶來什麼麻煩？

自然界裡的鈾主要有兩個同位素：鈾-238（多數）和鈾-235（少量但能裂變率高）。發電廠要的是足夠多的可裂變材料（像鈾-235），因此常需要濃縮或處理，製成燃料棒放進反應堆。控制好中子數量，就可以維持電廠在「剛好穩定」的狀態——太少就熄火、太多就可能過熱或失控。這個控制過程，就好像走鋼絲：太鬆或太緊都不行。

而處理鈾的過程，會留下大量副產品和放射性廢料。以一個例子說明：若從250噸天然鈾出發，經過提煉與使用，會留下大約數十噸屬於高放射性的用過燃料棒，以及上百噸其他含放射性的剩料。這些廢料有些半衰期極長，需要安全封存上萬年，找一個不會被人類活動打擾的地方存放，是個棘手的社會問題。

釷（Thorium）是什麼？它如何『變身』成燃料？

釷（thorium）本身不是一塊能直接裂變的大“石頭”，但它和鈾的重量相近。釷最重要的性質是：當它吸收一顆中子時，會變成一個不那麼穩定的原子核，經過幾步衰變之後，就能變成可以裂變的鈾-233（這個過程稱為「轉化」或「繁殖」）。換句話說，用釷發電，需要把釷放在一個有中子的環境下，讓它慢慢被“製造”成可裂變的燃料，再由這些新生成的燃料進行裂變、釋放能量。

比喻來說，若把核燃料比作麵包，傳統鈾路線是事先把大量已經烤好的麵包放進爐子（大量已具可裂變的材料）；釷路線則像是把麵粉和酵母放在一個容器，然後在爐子裡慢慢發酵、變成麵包，你可以隨時調節投入的酵母（中子強度），控制產麵包的速率與數量。

用釷的好處：更少高放廢料與資源豐富

釷在地殼中的含量通常比可直接使用的鈾-235豐富得多。更重要的是，透過釷路線產生的廢料中，長壽命、超高放射性的重元素（像某些鈈或超重放射性副產品）的比例會更低。實務上有研究與試驗顯示：若以釷為主的系統，總廢料量可以大幅減少，且多數剩餘放射性物質的活性衰降得比較快。舉個近似的比較：使用250噸天然鈾會產生數十噸高放燃料棒外加上百噸其他放射性剩料；而採用釷的系統，在理想條件下，1噸釷可長期運作並轉化為可用燃料，處理後十年內能降低大部分放射性，剩餘較長壽命的部份則可在數百年尺度內衰降到安全許多的程度（原始研究常用類似的示例來說明廢料體積與半衰期的差別）。

為什麼現在還沒全面改用釷？

聽起來很理想，但技術上不是沒有難題：

功率密度較低：釷路線的設計通常不像現有鈾爐那麼容易短時間內產生大量能量。換言之，要把現有電廠的產能用釷設計完全取代，電廠規模或運作方式需要重新設計。
燃料循環複雜：釷本身不是立即可裂變，需要先被轉化成鈾-233。這個燃料循環的工程與化學處理，需要新的技術和材料，還未像鈾燃料那樣成熟與工業化。
武器化風險與法規：雖然釷路線一般產生的鈈較少，但生成的鈾-233本身也有被不當利用的風險，所以任何新技術都要兼顧防擴散（non-proliferation）政策。
既有產業與投資慣性：現有核能產業已經投入大量基礎設施與規範，轉變到新系統需要長期研發、法例更新與大量投資。

核聚變還有機會嗎？

核聚變一向被視為最終解：燃料來源取之不盡（像氫的同位素），且理論上副產品較少、長壽命放射性廢料低。但實際上，讓帶正電的原子核互相靠近到能合併，需要極高的溫度（或壓力），去克服彼此的靜電排斥。想像你要把兩個都帶正電的氣球緊緊擠在一起，必須給它們很大的能量才能黏在一起；這就是核聚變目前難以商業化的主要原因。不過如果未來技術（例如更好的磁約束或慣性約束技術）成熟，聚變仍然是非常有希望的長遠選擇。