自從20世紀(jì)30年代我們理解核聚變理論以來，科學(xué)家，以及越來越多的工程師，一直在尋求重新創(chuàng)造和利用核聚變的機(jī)會(huì)。這是因?yàn)槿绻司圩兡軌蛞怨I(yè)規(guī)模在地球上復(fù)制，它可以提供幾乎無限的清潔、安全和負(fù)擔(dān)得起的能源，以滿足世界的需求。

核聚變每公斤燃料可以產(chǎn)生比核裂變（用于核電廠）多四倍的能量，比燃燒石油或煤炭多近四百萬倍的能量。

大多數(shù)正在開發(fā)的聚變反應(yīng)堆概念將使用氘和氚的混合物——含有額外中子的氫原子。理論上，只要有幾克這些反應(yīng)物，就可以產(chǎn)生一萬億焦耳的能量，這大約是一個(gè)發(fā)達(dá)國家里一個(gè)人60年所需的能量。

聚變?nèi)剂虾茇S富，也很容易獲得：氘可以從海水中廉價(jià)提取，而氚則可以利用聚變產(chǎn)生的中子與豐富的天然鋰反應(yīng)產(chǎn)生。這些燃料供應(yīng)可持續(xù)數(shù)百萬年之久。未來的聚變反應(yīng)堆在本質(zhì)上也是安全的，不會(huì)產(chǎn)生高放射性、長衰變期的核廢物。此外，由于核聚變過程難以啟動(dòng)和維持，因此不存在失控反應(yīng)和熔毀的風(fēng)險(xiǎn)；核聚變只能在嚴(yán)格的操作條件下發(fā)生，超出這個(gè)條件（例如在事故或系統(tǒng)故障的情況下），等離子體將自然終止，很快失去其能量，并在對(duì)反應(yīng)堆造成任何持續(xù)損害之前熄滅。

重要的是，核聚變，就像裂變一樣，不會(huì)向大氣層排放二氧化碳或其他溫室氣體，因此，從本世紀(jì)下半葉起，它可能成為低碳電力的長期來源。

太陽具有巨大引力，自然會(huì)誘發(fā)核聚變，但如果沒有這種引力，就需要比太陽更高的溫度才能發(fā)生反應(yīng)。在地球上，我們需要超過1億攝氏度的溫度和強(qiáng)大的壓力，以使氘和氚發(fā)生聚變，同時(shí)還需要充分的約束，使等離子體和核聚變反應(yīng)維持足夠長的時(shí)間，使產(chǎn)生的能量大于啟動(dòng)反應(yīng)所需的能量。

雖然目前在實(shí)驗(yàn)中通常已實(shí)現(xiàn)非常接近核聚變反應(yīng)堆所需的條件，但仍需要改進(jìn)約束性能和等離子體的穩(wěn)定性，以維持反應(yīng)并持續(xù)產(chǎn)生能量。來自世界各地的科學(xué)家和工程師繼續(xù)開發(fā)和測(cè)試新材料，設(shè)計(jì)新技術(shù)，以獲得凈核聚變能。

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聚變能源的未來

50多個(gè)國家在開展核聚變和等離子體物理研究，盡管迄今為止，產(chǎn)生的能量還沒有超過啟動(dòng)反應(yīng)過程所需的能量，但許多實(shí)驗(yàn)已成功實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。專家們已經(jīng)提出了可以使核聚變發(fā)生的不同設(shè)計(jì)和基于磁鐵的機(jī)器，如仿星器和托卡馬克，但也有依靠激光、線性裝置和先進(jìn)燃料的方法。

核聚變能源需要多長時(shí)間才能成功推廣，這將取決于通過全球伙伴關(guān)系和合作調(diào)動(dòng)資源，以及該行業(yè)能夠以多快的速度開發(fā)、驗(yàn)證和鑒定新興核聚變技術(shù)。另一個(gè)重要問題是，同時(shí)開發(fā)必要的核基礎(chǔ)設(shè)施，如與實(shí)現(xiàn)這一未來能源有關(guān)的要求、標(biāo)準(zhǔn)和良好實(shí)踐。

經(jīng)過10年的組件設(shè)計(jì)、場(chǎng)地準(zhǔn)備和全球制造，世界上最大的國際聚變?cè)O(shè)施——國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）的組裝工作于2020年在法國開始。ITER是一個(gè)國際項(xiàng)目，目的是論證核聚變能生產(chǎn)的科學(xué)和技術(shù)可行性，并為未來的發(fā)電示范聚變發(fā)電廠提供技術(shù)和概念，稱為核聚變示范電廠（或稱DEMOs）。ITER將在本十年的后半期開始進(jìn)行首次實(shí)驗(yàn)，全功率實(shí)驗(yàn)計(jì)劃于2036年開始。

雖然不同國家的DEMO時(shí)間表各不相同，但專家們的共識(shí)是，可在2050年前建成并運(yùn)行生產(chǎn)電力的核聚變電廠。與此同時(shí)，許多私營商業(yè)企業(yè)也在開發(fā)核聚變電廠概念方面取得了進(jìn)展，借鑒了多年來公共資助的研究和開發(fā)所產(chǎn)生的技術(shù)，并提出更快實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電。

除了作為ITER項(xiàng)目的一部分，中國還擁有并運(yùn)行著許多實(shí)驗(yàn)性核聚變裝置，包括高性能托卡馬克，如全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（簡稱EAST）——能夠長時(shí)間（>16分鐘）運(yùn)行高溫等離子體，以及中國環(huán)流器二號(hào)M裝置（簡稱HL-2M）——能夠產(chǎn)生高密度和高壓的等離子體。這些都是未來核聚變電廠不可缺少的特征。

國際原子能機(jī)構(gòu)（原子能機(jī)構(gòu)）長期以來一直是國際核聚變研究和發(fā)展的核心，并于近期開始支持早期技術(shù)開發(fā)和部署。

• 原子能機(jī)構(gòu)于1960年創(chuàng)辦了《核聚變》雜志，旨在交流有關(guān)核聚變進(jìn)展的信息。該雜志現(xiàn)在被認(rèn)為是聚變領(lǐng)域的主要期刊。原子能機(jī)構(gòu)還定期出版《技術(shù)文件》和關(guān)于聚變的宣傳和教育材料。
• 第一屆國際原子能機(jī)構(gòu)聚變能會(huì)議于1961年召開，自1974年以來，原子能機(jī)構(gòu)每兩年召開一次會(huì)議，以促進(jìn)對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展和成就的討論。觀看關(guān)于這個(gè)系列會(huì)議歷史的短片。
• 自1971年以來，原子能機(jī)構(gòu)國際聚變研究委員會(huì)一直在促進(jìn)核聚變研究領(lǐng)域的國際合作。
• 《ITER協(xié)定》由原子能機(jī)構(gòu)總干事保存。原子能機(jī)構(gòu)和ITER組織之間的合作通過2008年的一項(xiàng)合作協(xié)議正式確立，并在2019年得到擴(kuò)大和深化。
• 原子能機(jī)構(gòu)促進(jìn)世界各地DEMO項(xiàng)目活動(dòng)的國際合作與協(xié)調(diào)。
• 原子能機(jī)構(gòu)開展了一系列技術(shù)會(huì)議，協(xié)調(diào)了與聚變科學(xué)和技術(shù)開發(fā)和部署相關(guān)主題的研究活動(dòng)，并組織和支持了有關(guān)聚變的教育和培訓(xùn)活動(dòng)。
• 原子能機(jī)構(gòu)維護(hù)著聚變能源研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫，以及聚變裝置信息系統(tǒng)（FusDIS）,該系統(tǒng)匯集了世界各地正在運(yùn)行、正在建設(shè)或計(jì)劃中的聚變裝置的信息。
• 原子能機(jī)構(gòu)正在開展一個(gè)項(xiàng)目，研究核裂變和核聚變能源生產(chǎn)之間的技術(shù)開發(fā)協(xié)同作用，以及核聚變?cè)O(shè)施的長期可持續(xù)性（包括放射性廢物的處理）和法律及制度問題。
• 原子能機(jī)構(gòu)正在調(diào)查涵蓋核聚變?cè)O(shè)施整個(gè)生命周期的關(guān)鍵安全方面，其中需要導(dǎo)則和具體的參考文件。
• 原子能機(jī)構(gòu)正在支持通用聚變示范工廠的預(yù)可行性研究。