可控核聚變

核聚變——這種無須燃燒化石燃料，也不產生長壽命的放射性廢物的核反應方式，它的優點是清潔、安全。幾十年來，無數人都憧憬著通過核聚變徹底擺脫能源不足的困境。今天，我們離實現這一目標或許近在咫尺。

在過去的46億年里，太陽依靠足夠多的氫源源不斷地聚變產生能量，這些能量從太陽核心到達太陽表面 （光球層） ，并以電磁波的形式奔向太空。在經歷了約8分鐘的旅行后，太陽釋放出的能量只有約1/20億被地球獲取。雖然這個比例如此渺小，但總量依然驚人——地球每秒從太陽那里獲取的能量相當于400萬噸石油完全燃燒釋放的能量。

太陽核聚變的本質

在太陽核心，巨大的質量創造出極端的溫度和壓強環境，迫使原子核相互高速碰撞。一旦碰撞的能量突破庫侖勢壘，原子核融合在一起，聚變鏈式反應就被啟動。在氫聚變成氦的過程中，會有約0.7%的質量虧損，這部分質量以能量的形式輻射出去，這部分虧損的質量就是核聚變的巨大能量來源。

不可控核聚變

把發生在太陽核心的核聚變反應搬到地球上，結果之一就是熱核武器（ 即氫彈） 。世界上當量最大的熱核武器當屬蘇聯的“沙皇炸彈”，其爆炸讓距離爆心170千米外的人被熱風灼傷，220千米外的人視神經受損，甚至讓歐亞大陸產生了幾毫米的位移。這股摧枯拉朽橫掃一切的力量，僅僅來自2噸氘化鋰。更讓人驚嘆的是，聚變反應只釋放了這2噸氘化鋰全部能量的0.7%。

為什么核聚變釋放的能量遠超化學反應？首先，原子中超過99.94%的原子質量都存在于原子核中，這意味著原子核蘊含了一顆原子的絕大部分能量。其次，核聚變的基礎是強力，而化學反應的基礎是電磁力，在相同距離的前提下，前者的強度是后者的約137倍。

在地球上造太陽

氫彈的核聚變反應需要通過原子彈的內爆，為核聚變反應創造起始條件，但這種利用方式是不可控的。因此，科學家希望發明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，實現可控核聚變。

可控核聚變反應堆，也被科學家稱為“人造太陽”，是照亮人類未來的終極能源夢想。太陽內部的極高溫度（超過1500萬℃） 和極端壓強環境會自然誘發核聚變。但人類在地球上很難復制太陽內部的極端壓強環境和巨大的物質量，為了給予聚變材料足夠高的動能，讓它們突破庫侖勢壘，就需要達到超過1億℃的高溫。此外，我們還需要精細調節反應堆的壓強和磁場強度，使反應物足夠穩定，延長聚變反應的持續時間，從而讓反應堆持續輸出能量。

托卡馬克

1954年，蘇聯建造出了第一個磁約束裝置——托卡馬克 （Tokamak） 。托卡馬克也叫環流器，是一個包含封閉強磁場的“容器”，在這個容器中，帶電的等離子體粒子會沿封閉的磁力線做螺旋式運動。就這樣，不需要任何有形物體的承載，幾億攝氏度高溫的等離子體就可以被托舉在半空中進行加熱。

我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置——“東方超環”（ 簡稱EAST） ，近年來頻頻刷新最好成績。2023年4月，“東方超環”實現了高功率穩定的403秒穩態長脈沖高約束模式等離子體運行，創造了托卡馬克裝置穩態高約束模式運行新的世界紀錄。東方超環將不可能化為可能，因為在它內部，同時承載著1億℃ （等離子體） 的超高溫和-269℃ （超導體） 的超低溫，而兩個極端溫度之間的最短距離僅為1.2米。2023年8月，我國“環流三號”成功實現了100萬安培等離子體電流下的高約束運行模式，標志著我國磁約束核聚變裝置運行水平邁入國際前列。

國家點火裝置

2022年12月，美國科學家在國家點火裝置中通過聚變反應實現凈能量增益，也就是輸出的能量超過了輸入的能量。國家點火裝置的激光設施跟一個體育場的大小差不多，但是真正的反應區只有橡皮擦大小。192束激光將2.05兆焦耳的能量輸入到“橡皮擦”中，四面八方均勻射入的高能激光束持續壓縮并最終引爆靶丸，產生一個小的聚變“熱點”，在短時間內產生了3.15兆焦耳的能量輸出。這種聚變反應方式對激光光源的穩定性和更換靶丸的速度提出了極高的要求。

1千克反應物通過核聚變產生的能量是核裂變（ 用于核電站發電） 的4倍，是同等質量的煤燃燒所釋放能量的400萬倍。理論上，只需要指甲蓋兒這么大一塊的反應物進行聚變反應，就能提供一個普通人約60年生活所需要的全部能量。

2023年12月，“可控核聚變”入選“2023年度十大科技名詞”。科學家預測，到2050年左右，人類有可能真正使用上核聚變能源。無限清潔能源之夢，有望在可預見的未來成為現實。