核聚变反应发生在一种被称为等离子体的物质状态中——一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体，具有不同于固体、液体或气体的独特性质。 

　　太阳和其他所有的恒星都是由这种反应所驱动的。为了在太阳中实现聚变，原子核需要在大约1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞。高温为它们提供了足够的能量，以克服相互之间的电排斥力。一旦原子核进入彼此非常接近的范围，它们之间的核吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会。在太阳中，其巨大的引力所产生的极端压力为核聚变创造了条件。 

　　为什么科学家们要研究核聚变能源？ 

　　自从20世纪30年代我们理解核聚变理论以来，科学家，以及越来越多的工程师，一直在寻求重新创造和利用核聚变的机会。这是因为如果核聚变能够以工业规模在地球上复制，它可以提供几乎无限的清洁、安全和负担得起的能源，以满足世界的需求。 

　　核聚变每公斤燃料可以产生比核裂变（用于核电厂）多四倍的能量，比燃烧石油或煤炭多近四百万倍的能量。 

　　大多数正在开发的聚变反应堆概念将使用氘和氚的混合物——含有额外中子的氢原子。理论上，只要有几克这些反应物，就可以产生一万亿焦耳的能量，这大约是一个发达国家里一个人60年所需的能量。 

　　聚变燃料很丰富，也很容易获得：氘可以从海水中廉价提取，而氚则可以利用聚变产生的中子与丰富的天然锂反应产生。这些燃料供应可持续数百万年之久。未来的聚变反应堆在本质上是安全的，不会产生高放射性、长衰变期的核废物。此外，由于核聚变过程难以启动和维持，因此不存在失控反应和熔毁的风险；核聚变只能在严格的操作条件下发生，超出这个条件（例如在事故或系统故障的情况下），等离子体将自然终止，很快失去其能量，并在对反应堆造成任何持续损害之前熄灭。 

　　重要的是，核聚变，就像裂变一样，不会向大气层排放二氧化碳或其他温室气体，因此，从本世纪下半叶起，它可能成为低碳电力的长期来源。 

　　比太阳还热 

　　太阳具有巨大引力，自然会诱发核聚变，但如果没有这种引力，就需要比太阳更高的温度才能发生反应。在地球上，我们需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力，以使氘和氚发生聚变，同时还需要充分的约束，使等离子体和核聚变反应维持足够长的时间，使产生的能量大于启动反应所需的能量。 

　　虽然目前在实验中通常已实现非常接近核聚变反应堆所需的条件，但仍需要改进约束性能和等离子体的稳定性，以维持反应并持续产生能量。来自世界各地的科学家和工程师继续开发和测试新材料，设计新技术，以获得净核聚变能。 

　　聚变能源的未来 

　　考虑到从核聚变中提供能源被广泛认为是21世纪巨大的工程挑战。要使核聚变发电在商业上可行，需要做些什么呢？我们在核聚变技术发展方面处于什么位置？ 

　　50多个国家在开展核聚变和等离子体物理研究，尽管迄今为止，产生的能量还没有超过启动反应过程所需的能量，但许多实验已成功实现聚变反应。专家们已经提出了可以使核聚变发生的不同设计和基于磁铁的机器，如仿星器和托卡马克，但也有依靠激光、线性装置和先进燃料的方法激光、线性装置和先进燃料的方法。 

　　核聚变能源需要多长时间才能成功推广，这将取决于通过全球伙伴关系和合作调动资源，以及该行业能够以多快的速度开发、验证和鉴定新兴核聚变技术。另一个重要问题是，同时开发必要的核基础设施，如与实现这一未来能源有关的要求、标准和良好实践。 

　　经过10年的组件设计、场地准备和全球制造，世界上最大的国际聚变设施——国际热核聚变实验堆（ITER）的组装工作于2020年在法国开始。ITER是一个国际项目，目的是论证核聚变能生产的科学和技术可行性，并为未来的发电示范聚变发电厂提供技术和概念，称为核聚变示范电厂（或称DEMOs）。ITER将在本十年的后半期开始进行首次实验，全功率实验计划于2036年开始。 

　　虽然不同国家的DEMO时间表各不相同，但专家们的共识是，可在2050年前建成并运行生产电力的核聚变电厂。与此同时，许多私营商业企业也在开发核聚变电厂概念方面取得了进展，借鉴了多年来公共资助的研究和开发所产生的技术，并提出更快实现核聚变发电。 

　　中国的聚变实验 

　　除了作为ITER项目的一部分，中国还拥有并运行着许多实验性核聚变装置，包括高性能托卡马克，如全超导托卡马克核聚变实验装置（简称EAST）——能够长时间（>16分钟）运行高温等离子体，以及中国环流器二号M装置（简称HL-2M）——能够产生高密度和高压的等离子体。这些都是未来核聚变电厂不可缺少的特征。