可控核聚变是人类能源领域的终极梦想，通过模仿太阳内部的反应，将轻核如氘和氚结合成较重的氦核，释放巨大能量。
100克氘氚混合物，理论上可产生约63万亿焦耳的能量。以一辆百公里耗油8升的普通轿车为例，每升汽油提供约3.5千万焦耳的能量，100克核燃料相当于180万升汽油，能驱动汽车行驶2300万公里，足以绕地球赤道570圈。
这一惊人数字展现了核聚变的超高能量密度，1克燃料的能量相当于11吨标准煤。
核聚变的优势在于燃料来源丰富，氘可从海水中提取，每升海水含有约30毫克氘，全球海水储量足以支撑人类数百万年的能源需求。
氚虽稀少，但可通过聚变反应中的中子与锂反应生成，理论上实现燃料自持循环。此外，核聚变几乎不产生长期放射性废料，反应产物主要是中子和惰性氦气，与核裂变的铀废料相比，环境影响极小。
实现可控核聚变需克服三大难题：高温、等离子体密度和约束时间。聚变反应要求温度达1亿摄氏度以上，远超太阳核心的1500万度，以克服氘和氚核间的库伦势垒。
高温等离子体需被强磁场约束，防止其接触反应器壁。托卡马克装置是当前主流的磁约束方式，利用环形磁场控制等离子体。
中国的全超导托卡马克装置（EAST）在2024年6月实现千秒级稳态运行，创下世界纪录。
能量增益因子Q是衡量聚变效率的关键指标，Q值大于1表示输出能量超过输入能量。2022年12月，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室通过激光惯性约束首次实现Q=1.5，标志着净能量增益的突破。
中国的EAST装置在2025年1月完成1亿度1000秒高质量燃烧，Q值接近1，显示出工程实践的重大进步。
核聚变汽车的设想基于微型反应器的可能性。理论上，一个拳头大小的托卡马克或激光聚变装置可嵌入汽车，提供持续动力。
100克氘氚燃料可支持汽车运行数十年，彻底颠覆传统能源体系。当前，核聚变实验堆的规模和成本仍高，国际热核聚变实验堆（ITER）项目耗资超200亿美元，预计2035年实现Q=10。
中国在核聚变领域已从跟跑转向并跑，上海的能量奇点公司建成“洪荒70”高温超导托卡马克装置，成功实现等离子体放电。
合肥的中科院等离子体物理研究所为ITER提供超导磁体，占全球供应链的重要份额。2025年2月，中国核电投资10亿元入股中国聚变能源公司，加速商业化布局。
全球核聚变研究形成多路径竞争，磁约束托卡马克占据90%的研究资源，美国CFS公司的SPARC项目利用高温超导磁体，计划2028年建成小型化装置。惯性约束和仿星器也在进步，日本的JT-60SA装置在2024年实现403秒超导运行。
核聚变汽车的实现需解决小型化、材料耐辐照和氚自持循环三大挑战。当前反应器体积庞大，ITER的托卡马克直径超20米，难以装入汽车。
高温超导材料和人工智能优化设计正在降低装置规模，预计2030年后小型化技术将更成熟。
核聚变的研究始于20世纪50年代，最初受核武器技术启发。
1951年，苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出托卡马克概念，奠定了磁约束聚变的基础。1968年，苏联的T-3装置首次实现高温等离子体约束，引发全球热潮。1985年，国际社会启动ITER计划，旨在验证聚变能源的科学可行性。
中国于2006年加入ITER，承担约9%的研发任务，包括磁体和加热系统。
核聚变的商业化路径分为实验堆、示范堆和商用堆三个阶段。实验堆验证科学可行性，示范堆实现工程化，商用堆需稳定供电并具经济性。
核聚变的挑战不仅在技术，还在成本。ITER的建设周期长达20年，成本高企。2025年，全球核聚变投资超71亿美元，其中私人资本占30%，微软、谷歌等科技巨头已预订未来聚变电力。
核聚变的安全性优于核裂变，1986年的切尔诺贝利事故暴露了核裂变的危险，放射性废料污染土地数百年。
核聚变反应一旦失控，等离子体会迅速冷却，无核爆风险。氚的微量放射性可通过严格管理控制，废料半衰期仅数十年。
中国在核聚变领域的竞争力日益增强，全国政协委员段旭如表示，中国有望2045年进入聚变示范阶段，2050年前实现商业化发电。
EAST的千秒运行和“洪荒70”的放电成功，标志着中国在托卡马克和高温超导领域的领先地位。
1955年的《罗素-爱因斯坦宣言》发布后，核聚变成为和平能源的希望。爱因斯坦去世时，核聚变研究刚起步，今日的突破是他未见的未来。
参考资料
磁约束方式实现氢硼聚变，有望催生更清洁的反应堆．科技日报．2023-03-02
