? 與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來源豐富，安全可靠、環境友好、產生的放射性廢物少。能量密度來看，每單位質量的聚變燃料釋放出的能量是裂變的4倍；原材料來看，聚變燃料通常使用氘和氚，地球上氘儲量豐富，氚可以通過中子和鋰制備，而核裂變采用的鈾元素我國儲量有限仍需進口，2023年進口量1.7萬噸，進口金額達到19億美元；安全性來看，聚變實現難度高，且不產生放射性廢料，而核裂變是鏈式反應，難以控制，并產生大量放射性物質，切爾諾貝利（1986年）和福島（2011年）福島核事故曾造成巨大危害。

? 2023年國務院國資委啟動實施未來產業啟航行動，明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向。

核裂變從實驗室走向裂變電站僅用了約10年。1939年，科學家首次揭示了鈾原子核的分裂現象；1945年，利用核裂變原理制造出的第一顆原子彈在美國阿拉莫戈多沙漠爆炸；3年后，第一座核裂變電站便在美國田納西州橡樹嶺實現發電。1951年，利用核聚變原理制造的氫彈在太平洋上的恩尼威托克島實現爆炸，然而至今70年人類依然未能實現可控核聚變發電。

核聚變無法復制核裂變發電的模式。從核裂變的反應方程式可以看出，核裂變的觸發需要中子（n）。當鈾核由1個中子引發裂變時，會同時放出2-3個中子，這些中子可以再引起其他鈾核裂變，裂變反應可不斷持續下去，這一過程也被稱為鏈式反應。通過加入控制棒吸收核裂變產生的中子，可以控制核裂變的反應速率，從而實現核裂變發電。而核聚變的反應過程則不需要中子，因此無法復制核裂變控制反應速率的方式。

實現核聚變反應，需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間，三者的乘積稱為聚變三乘積。根據勞遜判據，只有聚變三乘積大于一定值，才能產生有效的聚變功率輸出。

1）足夠高的溫度：要在地球實現高效核聚變反應，溫度大約需要維持在1億℃以上可獲得較高反應幾率，這個溫度是太陽核心溫 度的近10倍；2）一定的密度：等離子體約束區單位體積內氘氚原子核的數量越多，能夠有效提高原子核間的碰撞效率，以獲得足夠的核聚變反應率；3）能量約束時間：高溫等離子體的能量以輻射和熱傳導的形式逸出，能量損失的時間被定義為能量約束時間，高能量約束時間意味著裝置具有良好的隔熱性能，能量流失得緩慢，以進一步提高核聚變反應率。

l 解決核聚變溫度、密度、約束時間三個方面的“可控”主要有三種路徑：磁約束、激光約束和箍縮。

1）激光約束：采用多臺超大功率激光器，對準封裝核燃料的氫氣小球，同時發射激光，加熱和壓縮氫燃料，激光在進入環空器后，會擊中內壁并使其發出X射線，然后這些X射線可以將其加熱到1億攝氏度，高能激光會使小球表面等離子體化，其余中心材料受到牛頓第三定律驅使，最終會向中央坍縮發生內爆。在內爆時，只要對燃料球給予正確的高溫高壓就能發生反應，放出大量能量。

2）箍縮：跟激光聚變類似，把激光換成電流。

3）磁約束：利用磁場約束帶電粒子沿磁力線運動，發生核聚變反應需要把核聚變燃料氘氚加熱到上億度，形成等離子體，使得質子不被電子包裹，做高速熱運動，兩個質子發生碰撞，產生熱量；由于等離子體溫度極高，通過磁場約束質子運動，從而避免等離子體接觸到容器。磁約束核聚變被看做較為可行的路徑，我國采用的是磁約束路線。

磁約束核聚變實現裝置主要是托卡馬克和仿星器。

l 托卡馬克在1958年由蘇聯科學家發明，主要由環形真空室、產生磁場的線圈和其他輔助設施組成。中央是一個環形真空室，里面注滿氣體，外面纏繞著線圈。線圈通電后，會在托卡馬克內部產生巨大的螺旋型磁場，里面的氣體將被電離成等離子體并形成等離子體電流。當等離子體被加熱到極高溫度后，便可實現核聚變。

l 相比仿星器，托卡馬克的優點在于：1）結構簡單、造價低，只需要真空室和線圈，線圈的結構是規則的，比仿星器扭曲的線圈造價

低太多。生產周期更短，規則的線圈可以很快造出來，裝置迭代也更快。2）加熱成本低，可以直接依靠線圈進行加熱，而仿星器不能依靠線圈直接加熱，只能依靠比較昂貴的微波和中性束的手段去加熱。

l 托卡馬克是目前全球各國投入最大、最接近核聚變條件、技術發展最成熟的途徑。