- 詳細說明
太陽如何產生能量？人類能否在地球上利用核融合發電？本課程專為國中與高中學生設計，從核能基礎出發，透過原理介紹、能量計算、案例分析與模擬活動，認識核融合的科學原理與工程挑戰，探索未來能源科技的可能性。
課程重點一覽
- 課程主題：核能基礎、核融合原理與能源科技探索。
- 學習方式：概念講解、案例分析、能量計算與模擬活動。
- 核心概念：核分裂、核融合、輻射、電漿、庫倫屏障與能量轉換。
- 課程架構：六大單元，涵蓋基礎原理、安全議題、技術路線與研究趨勢。
- 案例主題：ITER、NIF、SPARC及美國能源部相關研究計畫。
- 適合對象：對物理、能源、工程與科技發展感興趣的國高中生。
一、課程介紹｜從太陽能量認識核融合
核融合是輕原子核結合成較重原子核、並釋放能量的反應，也是太陽與恆星產生能量的重要機制。如何在地球上創造適合的反應條件，並將釋放的能量轉化為可利用的電力，是核融合能源研究的重要課題。
本課程從核分裂與核融合的差異開始，協助學生建立核能基礎知識，再逐步認識核融合反應、電漿控制、材料選擇與反應爐設計，理解能源科技如何結合物理原理與工程實務。
學生將透過案例分析、能量計算與模擬活動，探索不同核融合技術路線，並學習從研究證據、能源效率及工程條件等面向，思考一項技術如何從實驗走向應用。
四大學習主題
- 核能技術與基本原理： 認識核分裂與核融合的發展歷程，比較反應方式、燃料與能量釋放。
- 輻射與安全管理： 認識不同輻射種類、來源及防護概念，理解核能技術的安全與環境議題。
- 核融合的工程挑戰： 探討庫倫屏障、電漿控制、能量損失及反應爐材料等關鍵問題。
- 不同技術路線與研究證據： 比較熱核融合與非熱平衡研究構想，學習辨別實驗成果、技術目標與待驗證假說。
從能量計算走向國際研究案例
課程將以核反應能量計算與模擬活動連結抽象概念，並介紹ITER、NIF、SPARC及美國能源部相關研究計畫，帶領學生思考不同研究路線的目標、技術條件與發展挑戰。
二、項目導師
核融合與電漿模擬專業講師
學歷：國立中央大學太空科學研究所博士
經歷：聚界潔能股份有限公司資深模擬科學家。
專業領域：電漿物理、數值模擬及核融合反應爐電漿動態。
三、課程內容｜六大單元探索核融合科技
單元一｜核能發展與核分裂、核融合概覽
- 核能發展歷程：認識核分裂應用與核融合研究的發展。
- 核分裂原理：了解傳統核能電廠如何利用核反應產生熱能並發電。
- 核融合反應：介紹氫同位素氘、氚，以及不同燃料組合。
- 質能轉換：透過質量差與反應能量，認識核反應的能量來源。
- 差異比較：討論核分裂與核融合的燃料、反應條件及環境議題。
反應式學習範例：質子—硼11核融合
p + 11B → 3 4He + 約8.68 MeV
此式描述質子與硼11的核反應，與氘氚核融合是不同的燃料組合；課程將藉此認識反應產物與能量釋放。
單元二｜核能、輻射與安全管理
- 認識α、β、γ輻射與中子輻射的來源及特性。
- 了解輻射防護、屏蔽與安全管理的基本概念。
- 探討不同核融合燃料與反應產物的輻射差異。
- 以氘氚核融合為例，認識氚管理、中子及材料活化等安全議題。
單元三｜核融合的技術挑戰
- 庫倫屏障：理解帶正電原子核之間的排斥與反應條件。
- 反應條件：認識溫度、粒子密度與能量約束時間的重要性。
- 電漿控制：探討穩定維持反應環境與降低能量損失的難題。
- 材料與反應爐設計：認識耐熱、耐輻射及設備壽命等工程挑戰。
單元四｜熱核融合與不同約束方式
- 熱核融合原理：認識高溫電漿中的核融合反應。
- 磁約束：介紹托卡馬克、磁鏡等研究構型。
- 慣性約束：以雷射驅動核融合為例，理解另一種達成反應條件的方式。
- 發電挑戰：討論能量增益、持續運轉、燃料供應與發電系統整合。
單元五｜非熱核融合構想與研究證據
- 認識熱平衡與非熱平衡概念，理解不同研究路線的出發點。
- 介紹靜電約束等構想，討論粒子加速、碰撞與能量損失。
- 將低能核反應（LENR）作為研究證據討論案例，認識其爭議與驗證需求。
- 比較反應觀測、實驗可重現性與能源應用之間的差別。
本單元將區分不同技術概念；非熱平衡核融合、靜電約束與低能核反應並非同義詞，不宜視為相同或已成熟的發電技術。
單元六｜國際研究與核融合應用前景
- 國際案例：認識ITER、NIF、SPARC及美國能源部相關研究計畫。
- 能源應用：探討核融合發電的目標、工程條件與發展瓶頸。
- 跨領域探索：討論航太推進構想，以及相關電漿、粒子源技術與醫學、國防研究的連結，區分其與核融合發電的不同。
- 未來方向：思考材料、模擬、控制與系統整合如何推動研究進展。
四、課程收穫｜建立核能知識與科學判讀能力
- 建立核能與核融合基礎： 理解核分裂與核融合的反應方式，認識不同技術的條件與限制。
- 認識輻射與環境議題： 學習輻射種類、防護概念與安全管理，理解能源技術評估需要考慮的面向。
- 理解核融合工程挑戰： 認識電漿控制、材料選擇、熱管理與反應爐設計的關聯。
- 探索未來應用： 區分核融合發電、航太應用構想及相關技術的延伸用途，建立更具體的科技視野。
- 練習判讀研究成果： 透過國際案例，辨別實驗結果、研究目標與應用承諾，理解科學證據的重要性。
- 提升數理思考與科技素養： 透過能量計算與模擬活動，練習分析條件、解讀結果及提出問題。
五、適合哪些學生參加？
本課程主要面向國中與高中學生，特別適合希望從基礎概念出發，進一步探索物理、工程與能源科技的學習者。
- 對物理與能源科學有興趣的學生： 想了解太陽能量、原子核反應與核融合的基本原理。
- 關注能源與環境議題的學生： 希望從科學角度認識核能，理解技術潛力、安全條件與環境影響。
- 正在探索理工科系的學生： 對物理、材料、機械、電機或能源相關領域感興趣，想接觸跨領域研究主題。
- 喜歡計算、模擬與科學探究的學生： 希望透過案例與模擬活動，練習邏輯分析、證據判讀與問題解決。
核融合課程｜常見問題
核分裂與核融合有什麼不同？
核分裂是較重原子核分裂成較輕原子核；核融合則是輕原子核結合成較重原子核。課程將比較兩者的反應方式、燃料、能量釋放與工程條件。
國中生也適合參加嗎？
本課程為國中與高中學生設計，內容從核能基礎開始，逐步介紹核融合與工程挑戰。涉及能量計算與模擬活動的數理程度，可於報名前向主辦單位確認。
課程中的實驗與模擬活動是什麼？
課程介紹包含案例分析、核融合能量計算與模擬活動，讓學生理解反應條件及結果。目前資料未列出實際核反應設備操作，具體工具與活動方式依授課安排為準。
核融合是否完全沒有輻射？
不是。輻射與安全議題會因燃料及反應方式而異。例如氘氚核融合涉及放射性氚、高能中子與材料活化，因此仍需要相應的防護及管理。課程將引導學生比較不同反應路線。
非熱核融合就是冷融合嗎？
不能直接畫上等號。非熱平衡核融合、靜電約束與低能核反應涉及不同概念及研究證據。課程將分別介紹，並將低能核反應作為討論驗證方法與科學爭議的案例。
這門課可以連結哪些未來學習方向？
課程主題涉及物理、材料、機械、電機、能源與數值模擬。學生可從電漿、材料、控制或計算等內容觀察自己的興趣，作為後續探索理工科系的起點。
