可控核聚变

核聚变——这种无须燃烧化石燃料，也不产生长寿命的放射性废物的核反应方式，它的优点是清洁、安全。几十年来，无数人都憧憬着通过核聚变彻底摆脱能源不足的困境。今天，我们离实现这一目标或许近在咫尺。

在过去的46亿年里，太阳依靠足够多的氢源源不断地聚变产生能量，这些能量从太阳核心到达太阳表面 （光球层） ，并以电磁波的形式奔向太空。在经历了约8分钟的旅行后，太阳释放出的能量只有约1/20亿被地球获取。虽然这个比例如此渺小，但总量依然惊人——地球每秒从太阳那里获取的能量相当于400万吨石油完全燃烧释放的能量。

太阳核聚变的本质

在太阳核心，巨大的质量创造出极端的温度和压强环境，迫使原子核相互高速碰撞。一旦碰撞的能量突破库仑势垒，原子核融合在一起，聚变链式反应就被启动。在氢聚变成氦的过程中，会有约0.7%的质量亏损，这部分质量以能量的形式辐射出去，这部分亏损的质量就是核聚变的巨大能量来源。

不可控核聚变

把发生在太阳核心的核聚变反应搬到地球上，结果之一就是热核武器（ 即氢弹） 。世界上当量最大的热核武器当属苏联的“沙皇炸弹”，其爆炸让距离爆心170千米外的人被热风灼伤，220千米外的人视神经受损，甚至让欧亚大陆产生了几毫米的位移。这股摧枯拉朽横扫一切的力量，仅仅来自2吨氘化锂。更让人惊叹的是，聚变反应只释放了这2吨氘化锂全部能量的0.7%。

为什么核聚变释放的能量远超化学反应？首先，原子中超过99.94%的原子质量都存在于原子核中，这意味着原子核蕴含了一颗原子的绝大部分能量。其次，核聚变的基础是强力，而化学反应的基础是电磁力，在相同距离的前提下，前者的强度是后者的约137倍。

在地球上造太阳

氢弹的核聚变反应需要通过原子弹的内爆，为核聚变反应创造起始条件，但这种利用方式是不可控的。因此，科学家希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，实现可控核聚变。

可控核聚变反应堆，也被科学家称为“人造太阳”，是照亮人类未来的终极能源梦想。太阳内部的极高温度（超过1500万℃） 和极端压强环境会自然诱发核聚变。但人类在地球上很难复制太阳内部的极端压强环境和巨大的物质量，为了给予聚变材料足够高的动能，让它们突破库仑势垒，就需要达到超过1亿℃的高温。此外，我们还需要精细调节反应堆的压强和磁场强度，使反应物足够稳定，延长聚变反应的持续时间，从而让反应堆持续输出能量。

托卡马克

1954年，苏联建造出了第一个磁约束装置——托卡马克 （Tokamak） 。托卡马克也叫环流器，是一个包含封闭强磁场的“容器”，在这个容器中，带电的等离子体粒子会沿封闭的磁力线做螺旋式运动。就这样，不需要任何有形物体的承载，几亿摄氏度高温的等离子体就可以被托举在半空中进行加热。

我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置——“东方超环”（ 简称EAST） ，近年来频频刷新最好成绩。2023年4月，“东方超环”实现了高功率稳定的403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了托卡马克装置稳态高约束模式运行新的世界纪录。东方超环将不可能化为可能，因为在它内部，同时承载着1亿℃ （等离子体） 的超高温和-269℃ （超导体） 的超低温，而两个极端温度之间的最短距离仅为1.2米。2023年8月，我国“环流三号”成功实现了100万安培等离子体电流下的高约束运行模式，标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列。

国家点火装置

2022年12月，美国科学家在国家点火装置中通过聚变反应实现净能量增益，也就是输出的能量超过了输入的能量。国家点火装置的激光设施跟一个体育场的大小差不多，但是真正的反应区只有橡皮擦大小。192束激光将2.05兆焦耳的能量输入到“橡皮擦”中，四面八方均匀射入的高能激光束持续压缩并最终引爆靶丸，产生一个小的聚变“热点”，在短时间内产生了3.15兆焦耳的能量输出。这种聚变反应方式对激光光源的稳定性和更换靶丸的速度提出了极高的要求。

1千克反应物通过核聚变产生的能量是核裂变（ 用于核电站发电） 的4倍，是同等质量的煤燃烧所释放能量的400万倍。理论上，只需要指甲盖儿这么大一块的反应物进行聚变反应，就能提供一个普通人约60年生活所需要的全部能量。

2023年12月，“可控核聚变”入选“2023年度十大科技名词”。科学家预测，到2050年左右，人类有可能真正使用上核聚变能源。无限清洁能源之梦，有望在可预见的未来成为现实。