五百年前，位于今天墨西哥的阿兹特克文明相信，太阳及其所有的力量都是由人类祭品的血液来维持的。今天，我们知道，太阳连同所有其他恒星都是由一种称为核聚变的反应提供动力。如果核聚变能够在地球上复制，那么它可以提供几乎无限的清洁、安全和廉价的能源，以满足世界的能源需求。

核聚变原理核聚变究竟是如何工作的?简单地说，核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。等离子体是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、液体和气体的独特性质。为了在我们的太阳上实现聚变，原子核需要在超过1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞，以使它们能够克服相互间的电排斥力。一旦原子核克服了这种排斥力并进入彼此非常接近的范围，它们之间的核力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的发生创造了条件。核聚变产生的能量非常大——是核裂变反应的四倍，而且聚变反应可以成为未来聚变动力堆的基础。各种计划要求第一代核聚变反应堆使用氘(重氢)和氚(超重氢)的混合物。理论上，只要有几克这些反应物，就有可能产生一太(万亿)焦耳的能量，这大约是发达国家的一个人在60年内所需要的能量。虽然太阳的巨大引力自然会诱发核聚变，但如果没有这种力，就需要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，还需要充分的约束，使等离子体和聚变反应保持足够长的时间，以获得净功率增益，即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。

核聚变技术的研究虽然现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。来自世界各地的科学家和工程师继续试验新材料和设计新技术，以获取聚变能。50多个国家在开展核聚变和等离子体物理研究，尽管没有证实聚变净功率增益，但许多实验已成功实现聚变反应。复制恒星的过程需要多长时间，将取决于通过全球伙伴关系和合作来调动资源。自20世纪30年代人们认识到核聚变以来，科学家们一直在寻求复制和利用聚变。最初，这些尝试是保密的。然而，人们很快就发现，这种复杂而昂贵的研究只能通过协作来实现。在1958年于瑞士日内瓦举行的第二届“联合国和平利用原子能国际会议”上，科学家们向世界公布了核聚变研究。国际原子能机构一直是国际核聚变研究的核心。国际原子能机构于1960年创办了《核聚变》杂志，以交流有关核聚变进展的信息，现在它被认为是该领域的主要期刊。第一次“国际原子能机构聚变能国际会议”于1961年举行，自1974年以来，国际原子能机构每两年召开一次会议，以促进对该领域的发展和成就的讨论。经过二十年关于国际热核聚变实验堆(ITER)的设计和地点的谈判，这个世界上最大的国际核聚变装置于2007年在法国建成，目的是论证核聚变能生产的科学和技术可行性。ITER协定已存放于国际原子能机构总干事处。在ITER建成之后，核聚变示范电厂(或DEMO)正在计划演示受控核聚变可以产生净电力。国际原子能机构主办了多次DEMO讲习班，以促进在确定和协调DEMO常规计划活动方面的全球协作。

2006年9月28日，世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置首轮物理放电实验取得成功，标志着中国站在了世界核聚变研究的前端。2016年2月，中国EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。 2018年11月12日，从中科院合肥物质科学研究院获悉，EAST实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破。

2021年5月28日，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍  。12月，全超导托卡马克核聚变实验装置度开机运行 。12月30日晚，全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。

2020年12月13日，美国能源部召开新闻发布会宣布，LLNL的科学家在12月5日首次成功在核聚变实验中实现“净能量增益（Net Energy Gain）”，即受控核聚变反应产生的能量超过驱动反应发生的激光能量。

核聚变的优势预计核聚变能够满足人类数百万年的能源需求。聚变燃料丰富且容易获得：氘可以从海水中廉价提取，而氚可以利用丰富的天然锂生产。未来的聚变反应堆不会产生高放射性、长寿命的核废物，而且聚变反应堆几乎不可能发生熔毁。重要的是，核聚变不会向大气中排放二氧化碳或其他温室气体，因此，与核裂变一起，可以作为一种低碳能源在未来发挥缓解气候变化的作用。

据外媒报道，虽然这项科技距离建立“核聚变发电站”可能还有数十年，但它的重要突破性在于首次实现了净能量增益。

一直被称为零碳排能源“圣杯”的核聚变反应因为与太阳产生能量的原理相同而被称为“小太阳”。在今年3月，白宫曾宣布，将在未来几十年持续投资加速核聚变的商业发展，因为核聚变预示了“彻底改变能源行业”的可能，而这也将帮助应对气候危机，同时满足美国和世界日益增长的电力需求。

美媒援引能源专家指出，与太阳能或风能等其他清洁能源选择相比，核聚变使用的资源也更少。它的主要燃料由两种氢同位素组成，即可以在水中找到的氘和可以从锂中提取的氚，而1克氘和氚所产生的能量相当于大约2400加仑石油所产生的能量。

利哈伊大学机械工程与力学系教授舒斯特表示：“以我们拥有的技术，目前核聚变发电厂发生核事故的可能性几乎为零。”外媒援引其他能源专家的话称，核聚变一直被认为可以为贫困地区提供廉价动力，理论上说，一小杯氢燃料就可以为一栋房子提供数百年所需的电力资源。

“与煤炭不同，你只需要少量的氢，而氢是宇宙中发现的最丰富的东西。”LLNL前首席能源技术专家弗里德曼表示，“氢存在于水中，因此产生这种能量的物质是无限的，而且是干净的。”

核聚变的应用

人类距离实现可控核聚变的实际应用还有多远？关于这个问题，业内一直存在一种戏称：核聚变是一项距离成功“永远还有50年”的技术。

多位国内外聚变能源学者曾表示，这种说法一方面折射了核聚变科研和工程技术的难度，另一方面，也与早期人们对核聚变的研究不够深入有关：随着研究逐步推进就会发现，有很多过去没想到的技术挑战又凸显出来，攻克这些未知的挑战又需要时间。可控核聚变的科学可行性已经在上个世纪90年代得以证实，但其商业化发电依然遥远。

能源专家表示，加州实验室设施的反应堆是一种基于激光惯性约束的聚变装置，而不是大多数聚变研究中使用的磁约束聚变装置。尽管离商业化还有“一段路程要走”，但专家表示，现在科学家们已经证明了，他们可以输出比投入时更多的能源，这是开发一项新能源的必需步骤。

“从能源的角度来看，科学界一直在追求输出的能量超过输入的能量。”弗里德曼说，“之前的突破都很重要，但这与有朝一日可以生产出大规模的能源是不在一个级别的。”

有专家指出，科学家和专家们现在需要寻找如何从更大规模的核聚变中产生更多的能量。与此同时，他们需要弄清楚如何最终降低核聚变的成本，使其能够在商业上运用。

“目前，我们为所做的每项实验都花费了大量的时间和金钱。”伦敦帝国理工学院惯性聚变研究中心联合主任奇滕登表示，“我们需要大幅降低成本。”

此外，科学家们还需要将聚变产生的能量作为电能输送到电网。专家表示，核聚变能够产出无限量的清洁能源可能还需要数年，甚至数十年的时间。

核聚变反应首次实现净能量增益，这将意味着这种为太阳提供能量的过程有朝一日有望为地球提供无限、廉价、清洁的能源。今年10月我国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，标志着我国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步，跻身国际第一方阵，技术水平居国际前列。

炬光科技高功率半导体激光产品被应用于有“人造太阳”之称的国家惯性约束可控核聚变试验装置重大项目。

国光电气为我国参与的国际科研合作项目“国际热核聚变实验堆计划（ITER计划）”提供了核心设备，包括偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备等产品。

星际探索，而想要实现更大规模的星际飞行，目前我们只能指望可控核聚变了。可控核聚变不但能解决地球可持续性发展问题，而且将为开发太空打开大门

可控核聚变是人类梦寐以求的能源，根据相关计算，以核聚变为动力的大型宇宙飞船，其理论速度可达到光速的15%左右，而如果核聚变飞船能够在飞行途中不断地收集宇宙空间中的聚变原料，那么它的速度还会大幅度地提升。可以想象的是，如果未来的人类真的实现可控核聚变，那么届时1光年就不再是“可望不可及的距离”。