可控核聚變是人類能源領域的終極夢想，通過模仿太陽內部的反應，將輕核如氘和氚結合成較重的氦核，釋放巨大能量。
100克氘氚混合物，理論上可產生約63萬億焦耳的能量。以一輛百公里耗油8升的普通轎車為例，每升汽油提供約3.5千萬焦耳的能量，100克核燃料相當於180萬升汽油，能驅動汽車行駛2300萬公里，足以繞地球赤道570圈。
這一驚人數字展現了核聚變的超高能量密度，1克燃料的能量相當於11噸標準煤。
核聚變的優勢在於燃料來源豐富，氘可從海水中提取，每升海水含有約30毫克氘，全球海水儲量足以支撐人類數百萬年的能源需求。
氚雖稀少，但可通過聚變反應中的中子與鋰反應生成，理論上實現燃料自持循環。此外，核聚變幾乎不產生長期放射性廢料，反應產物主要是中子和惰性氦氣，與核裂變的鈾廢料相比，環境影響極小。
實現可控核聚變需克服三大難題：高溫、等離子體密度和約束時間。聚變反應要求溫度達1億攝氏度以上，遠超太陽核心的1500萬度，以克服氘和氚核間的庫倫勢壘。
高溫等離子體需被強磁場約束，防止其接觸反應器壁。托卡馬克裝置是當前主流的磁約束方式，利用環形磁場控制等離子體。
中國的全超導托卡馬克裝置（EAST）在2024年6月實現千秒級穩態運行，創下世界紀錄。
能量增益因子Q是衡量聚變效率的關鍵指標，Q值大於1表示輸出能量超過輸入能量。2022年12月，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室通過激光慣性約束首次實現Q=1.5，標誌着凈能量增益的突破。
中國的EAST裝置在2025年1月完成1億度1000秒高質量燃燒，Q值接近1，顯示出工程實踐的重大進步。
核聚變汽車的設想基於微型反應器的可能性。理論上，一個拳頭大小的托卡馬克或激光聚變裝置可嵌入汽車，提供持續動力。
100克氘氚燃料可支持汽車運行數十年，徹底顛覆傳統能源體系。當前，核聚變實驗堆的規模和成本仍高，國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目耗資超200億美元，預計2035年實現Q=10。
中國在核聚變領域已從跟跑轉向並跑，上海的能量奇點公司建成“洪荒70”高溫超導托卡馬克裝置，成功實現等離子體放電。
合肥的中科院等離子體物理研究所為ITER提供超導磁體，佔全球供應鏈的重要份額。2025年2月，中國核電投資10億元入股中國聚變能源公司，加速商業化布局。
全球核聚變研究形成多路徑競爭，磁約束托卡馬克佔據90%的研究資源，美國CFS公司的SPARC項目利用高溫超導磁體，計劃2028年建成小型化裝置。慣性約束和仿星器也在進步，日本的JT-60SA裝置在2024年實現403秒超導運行。
核聚變汽車的實現需解決小型化、材料耐輻照和氚自持循環三大挑戰。當前反應器體積龐大，ITER的托卡馬克直徑超20米，難以裝入汽車。
高溫超導材料和人工智能優化設計正在降低裝置規模，預計2030年後小型化技術將更成熟。
核聚變的研究始於20世紀50年代，最初受核武器技術啟發。
1951年，蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出托卡馬克概念，奠定了磁約束聚變的基礎。1968年，蘇聯的T-3裝置首次實現高溫等離子體約束，引發全球熱潮。1985年，國際社會啟動ITER計劃，旨在驗證聚變能源的科學可行性。
中國於2006年加入ITER，承擔約9%的研發任務，包括磁體和加熱系統。
核聚變的商業化路徑分為實驗堆、示範堆和商用堆三個階段。實驗堆驗證科學可行性，示範堆實現工程化，商用堆需穩定供電並具經濟性。
核聚變的挑戰不僅在技術，還在成本。ITER的建設周期長達20年，成本高企。2025年，全球核聚變投資超71億美元，其中私人資本佔30%，微軟、谷歌等科技巨頭已預訂未來聚變電力。
核聚變的安全性優於核裂變，1986年的切爾諾貝利事故暴露了核裂變的危險，放射性廢料污染土地數百年。
核聚變反應一旦失控，等離子體會迅速冷卻，無核爆風險。氚的微量放射性可通過嚴格管理控制，廢料半衰期僅數十年。
中國在核聚變領域的競爭力日益增強，全國政協委員段旭如表示，中國有望2045年進入聚變示範階段，2050年前實現商業化發電。
EAST的千秒運行和“洪荒70”的放電成功，標誌着中國在托卡馬克和高溫超導領域的領先地位。
1955年的《羅素-愛因斯坦宣言》發布後，核聚變成為和平能源的希望。愛因斯坦去世時，核聚變研究剛起步，今日的突破是他未見的未來。
參考資料
磁約束方式實現氫硼聚變，有望催生更清潔的反應堆．科技日報．2023-03-02
