核的出現，改變了世界。核能，既造福于人類，也威脅著人類，既促進了世界和平，也威脅著世界和平。如何讓核能更大的造福人類，改變世界能源緊張的局面，從核裂變到核聚變，并讓核聚變可控，一直是科學家所探索追求的目標。

在了解核聚變之前，我們有必要把它和核裂變加以區別，因為它們之間只有一字之差，稍不小心就會混為一談。

核裂變，又稱核分裂，是指由1個重的原子核（主要是指鈾核或钚核）分裂成兩個或多個質量較小的原子的一種核反應形式。我們都知道的原子彈或核能發電就是核裂變產生的能量。

核聚變的過程與核裂變剛好相反，它是2個以上原子核聚合成一個原子核的過程。所以，它們之間，一是含義不同，核聚變是小質量的兩個原子合成一個大的原子，核裂變是一個大質量的原子分裂成兩個小的原子；二是產生的能量不同，核裂變產生的能量沒有核聚變大；三是燃料不同，核裂變的燃料極為有限，核聚變的燃料直接取自海水中的氘(dao)，可以說取之不盡，用之不竭。四是對環境的影響不同，相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，是理想的能源方式。

目前，人類已經實現了不受控制的核聚變，比如氫彈的爆炸，就是由核聚變產生的。但是它的能量還不能被人類有效利用，人們還不能合理控制它的速度、規模和范圍，實現持續、平穩的能量輸出。所以，多年來科學家都在努力研究如何控制核聚變，讓它造福人類。

現在我們回到正題，稍細些談談核聚變。

核聚變，也稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。它是指由質量小的2個原子，主要是指氘（dao)和氚（chuan)，在極高的溫度和壓力下讓這兩個原子核相互吸引、相互碰撞、相互聚合，使它們的核外電子擺脫原子核的束縛，生成新的質量更重的原子核氦(hai)的過程。這其中，中子雖然質量比較大，但是由于它不帶電，因此也能夠在碰撞過程中逃離原子核的束縛而被釋放出來。因此，大量的電子和中子擺脫束縛所表現出來的巨大能量釋放，就是一種核的聚變反應形式。

我們知道了核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，并釋放出能量的過程。那么自然界中最容易實現聚變反應的燃料是什么呢？科學家經過研究發現，是氫（qing)的同位素——氘(dao)與氚（chuan)。正是它們的聚變，才產生了這么巨大的能量。太陽之所以能量巨大，就是因為這種原理的反應，并且已經持續了50億年。所以，可控核聚變我們又俗稱為“人造太陽”。

可控核聚變通常采用三種方式：一是重力場約束；二是慣性約束；三是磁約束。其中慣性約束（也叫激光約束）核聚變（如我國的神光計劃，美國的國家點火計劃）。磁約束核聚變（如托卡馬克、仿星器、磁鏡、反向場、球形環等裝置），被認為最有前途。

目前，世界上可控核聚變反應的核心裝置是托卡馬克裝置。它是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器。它的名字托卡馬克（Tokamak）來源于環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位于蘇聯莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

人類社會的每一次科技革命，本質上都是一次能源革命。第一次的蒸汽機革命、第二次的電力革命、第三次的信息革命，都一次次的大幅提升了社會生產效率。那么可控核聚變，它是怎樣的一次革命性技術，它能為世界帶來哪些變化呢？

一、 我們可以減輕對太陽能的過度依賴。目前為止，滿足人類生活和生產所需的能量大都來源于太陽，比如石油、天然氣、煤炭以及風力等等，甚至我們所吃的食物也是太陽能的另類存在方式。太陽之所以能夠給予我們能量，就是因為其內部不間斷的核聚變反應。但太陽終究距離我們過于遙遠，它提供的能量與人類自身的繁衍發展，始終有著巨大的差距，這也是當前世界能源緊張的主要原因。而核聚變相當于在我們身邊造了一個太陽，而且它的原料近乎無窮無盡，比如地球海洋中有大約40萬億噸氘，如果將它完全利用，1公斤氘差不多能夠產生1億度的電，數量驚人（至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產生，而海水中也含有大量鋰）。更主要的是，這還僅僅是地球海洋中的原料，如果算上陸地上以及地外天體上的原料，數量將會更加驚人。如果人類能夠完全控制核聚變，不僅能夠大幅度減少對太陽的依賴，甚至依靠龐大的能量走出太陽系也并非沒有可能。

二、 修復環境、改善生態。核聚變是清潔高效的能源，可控核聚變完全普及后會大幅改善和修復地球的生態系統，這是人類工業發展破壞環境之后，大家一直在共同追求的發展方向。

三、 人類的食物將沒有危機。可控核聚變實現后，合成化肥關鍵的能源問題將得到徹底解決，糧食作物的產量會大幅提高并直接促進畜牧業的產量提高，食物會變得廉價和容易獲取，糧食危機將會徹底成為過去。

四、 促進工業的極速發展。可控核聚變能源充足并且成本低廉，它會直接促使許多工業成本變得極低，大部分生產活動將可能僅有人工和時間成本，工業發展將更加蓬勃充滿活力。

五、 交通領域飛速發展，世界甚至宇宙將會變得更小。可控核聚變使世界上的能量近乎無限，電動等新的能源汽車將徹底成為主流，新交通方式的充電續航問題會徹底得到解決，人類的交通問題將會出現顛覆性的變化。

六、 地球的溫室效應得到解決。可控核聚變使工業污染造成的氣候變化得到有效改變，熱島效應等一些列溫室氣體造成的影響將會被逐漸調節至正常狀態。

七、 加速社會生活的發展變化。可控核聚變后人類的生活將更加方便、舒適、多樣。一是城市化的進程會極速加快，城市將會變得更加立體；二是生產力將全部被解放，人們最基本的生存比如食物問題會得到徹底解決，人們將有更多的時間去學習、享受生活；三是科技水平將會更加先進和發達，萬物互聯、智慧機械生命將會快速發展，因為有近乎無限的能量加持，人類將會極大提高探索宇宙的能力，甚至將會第一次摸到全面探索太陽系內部的“門檻”。

八、 世界會更加文明。可控核聚變會使影響人類生存和文明發展的問題得到有效解決，未來世界被戰爭徹底摧毀的因素會大大減輕，我們的地球將變得越來越和平宜居，人類文明也會變得越來越發達。

世界上最先提出核聚變理論的是英國天文學家亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington），他在1920年發表的《恒星內部構造》中認為，包括太陽在內的恒星是由氫的核聚變提供動力的；1938年，核物理學家漢斯·貝特（Hans Bethe）描述了核聚變反應，為此獲得了諾貝爾獎；1952年，第一次氫彈試驗代號為艾薇·邁克（Ivy Mike），使用裂變爆炸來點燃氘燃料中的聚變反應；1982年，托卡馬克核聚變試驗反應堆（簡稱TFTR）在普林斯頓等離子體物理實驗室啟動。它創下了5.1億攝氏度的等離子體溫度紀錄；1985年，的戈爾巴喬夫和美國的里根總統在日內瓦峰會上提出了在核聚變方面的國際合作，導致了國際熱核聚變實驗堆（ITER）的啟動；1997年，歐共體聯合聚變中心（簡稱JET）創下了核聚變輸出為16.1兆瓦的記錄，相當于輸入能量的大約67%，Q值為0.67；2019年，在法國南部啟動了國際核聚變示范項目國際熱核聚變實驗堆（ITER），當時預計產生的能量是其消耗能量的10倍，Q值為10。“Q值”是輸出能量與輸入能量的比值，只有“Q值”大于1的情況下，可控核聚變才會實現輸出能量大于輸入能量，才能變得具有應用價值。

我國在可控核聚變領域的研究，是從20世紀50年代與國際基本同步開始的，目前取得的成就最大，已位于世界前列。1965年，我國在制定的“12年科學規劃”中決定開展“人造太陽”的研究；1994年，我國第一個圓截面超導托卡馬克核聚變實驗裝置“合肥超環”（HT-7）研制成功，使我國成為繼俄、法、日之后第四個擁有超導托卡馬克裝置的國家，也是我國建成并投入運行的首個超導托卡馬克裝置； 1998年7月，國家“九五”重大科學工程“HT-7U超導托卡馬克核聚變實驗裝置”（簡稱EAST）正式立項，2000年10月，EAST正式開工建設；2003年，中國加入國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃。研究建設的EAST裝置擬穩定放電能力為創記錄的1000秒，超過世界上所有正在建設的同類裝置；2005年底，EAST完成了主機總裝以及各分系統的研制和安裝工作；2006年3月，成功進行了首次工程調試；同年9月26日，EAST首輪物理實驗成功獲得高溫等離子體；2010年9月28日，我國新一代熱核聚變裝置EAST首次成功完成了放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電；2021年5月28日我國的“人造太陽”EAST再一次打破了世界紀錄，成功實現了1.2億攝氏度運行101秒，此前的世界紀錄是2020年末韓國超導托卡馬克（KSTAR）實現的，僅僅是億度20秒，時間過去不到半年，我國就徹底打破了這個世界紀錄，并且在時間上達到了之前的五倍，還實現了1.6億攝氏度20秒等離體運行，可謂是巨大的成功。

（ 作者系全國政協委員，北部戰區某部總工程師）