什么是核聚變？

自從20世紀30年代我們理解核聚變理論以來，科學家，以及越來越多的工程師，一直在尋求重新創造和利用核聚變的機會。這是因為如果核聚變能夠以工業規模在地球上復制，它可以提供幾乎無限的清潔、安全和負擔得起的能源，以滿足世界的需求。

核聚變每公斤燃料可以產生比核裂變（用于核電廠）多四倍的能量，比燃燒石油或煤炭多近四百萬倍的能量。

大多數正在開發的聚變反應堆概念將使用氘和氚的混合物——含有額外中子的氫原子。理論上，只要有幾克這些反應物，就可以產生一萬億焦耳的能量，這大約是一個發達國家里一個人60年所需的能量。

聚變燃料很豐富，也很容易獲得：氘可以從海水中廉價提取，而氚則可以利用聚變產生的中子與豐富的天然鋰反應產生。這些燃料供應可持續數百萬年之久。未來的聚變反應堆在本質上也是安全的，不會產生高放射性、長衰變期的核廢物。此外，由于核聚變過程難以啟動和維持，因此不存在失控反應和熔毀的風險；核聚變只能在嚴格的操作條件下發生，超出這個條件（例如在事故或系統故障的情況下），等離子體將自然終止，很快失去其能量，并在對反應堆造成任何持續損害之前熄滅。

重要的是，核聚變，就像裂變一樣，不會向大氣層排放二氧化碳或其他溫室氣體，因此，從本世紀下半葉起，它可能成為低碳電力的長期來源。

太陽具有巨大引力，自然會誘發核聚變，但如果沒有這種引力，就需要比太陽更高的溫度才能發生反應。在地球上，我們需要超過1億攝氏度的溫度和強大的壓力，以使氘和氚發生聚變，同時還需要充分的約束，使等離子體和核聚變反應維持足夠長的時間，使產生的能量大于啟動反應所需的能量。

雖然目前在實驗中通常已實現非常接近核聚變反應堆所需的條件，但仍需要改進約束性能和等離子體的穩定性，以維持反應并持續產生能量。來自世界各地的科學家和工程師繼續開發和測試新材料，設計新技術，以獲得凈核聚變能。

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聚變能源的未來

50多個國家在開展核聚變和等離子體物理研究，盡管迄今為止，產生的能量還沒有超過啟動反應過程所需的能量，但許多實驗已成功實現聚變反應。專家們已經提出了可以使核聚變發生的不同設計和基于磁鐵的機器，如仿星器和托卡馬克，但也有依靠激光、線性裝置和先進燃料的方法。

核聚變能源需要多長時間才能成功推廣，這將取決于通過全球伙伴關系和合作調動資源，以及該行業能夠以多快的速度開發、驗證和鑒定新興核聚變技術。另一個重要問題是，同時開發必要的核基礎設施，如與實現這一未來能源有關的要求、標準和良好實踐。

經過10年的組件設計、場地準備和全球制造，世界上最大的國際聚變設施——國際熱核聚變實驗堆（ITER）的組裝工作于2020年在法國開始。ITER是一個國際項目，目的是論證核聚變能生產的科學和技術可行性，并為未來的發電示范聚變發電廠提供技術和概念，稱為核聚變示范電廠（或稱DEMOs）。ITER將在本十年的后半期開始進行首次實驗，全功率實驗計劃于2036年開始。

雖然不同國家的DEMO時間表各不相同，但專家們的共識是，可在2050年前建成并運行生產電力的核聚變電廠。與此同時，許多私營商業企業也在開發核聚變電廠概念方面取得了進展，借鑒了多年來公共資助的研究和開發所產生的技術，并提出更快實現核聚變發電。

除了作為ITER項目的一部分，中國還擁有并運行著許多實驗性核聚變裝置，包括高性能托卡馬克，如全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（簡稱EAST）——能夠長時間（>16分鐘）運行高溫等離子體，以及中國環流器二號M裝置（簡稱HL-2M）——能夠產生高密度和高壓的等離子體。這些都是未來核聚變電廠不可缺少的特征。

國際原子能機構（原子能機構）長期以來一直是國際核聚變研究和發展的核心，并于近期開始支持早期技術開發和部署。

• 原子能機構于1960年創辦了《核聚變》雜志，旨在交流有關核聚變進展的信息。該雜志現在被認為是聚變領域的主要期刊。原子能機構還定期出版《技術文件》和關于聚變的宣傳和教育材料。
• 第一屆國際原子能機構聚變能會議于1961年召開，自1974年以來，原子能機構每兩年召開一次會議，以促進對該領域發展和成就的討論。觀看關于這個系列會議歷史的短片。
• 自1971年以來，原子能機構國際聚變研究委員會一直在促進核聚變研究領域的國際合作。
• 《ITER協定》由原子能機構總干事保存。原子能機構和ITER組織之間的合作通過2008年的一項合作協議正式確立，并在2019年得到擴大和深化。
• 原子能機構促進世界各地DEMO項目活動的國際合作與協調。
• 原子能機構開展了一系列技術會議，協調了與聚變科學和技術開發和部署相關主題的研究活動，并組織和支持了有關聚變的教育和培訓活動。
• 原子能機構維護著聚變能源研究基礎數據的數字數據庫，以及聚變裝置信息系統（FusDIS）,該系統匯集了世界各地正在運行、正在建設或計劃中的聚變裝置的信息。
• 原子能機構正在開展一個項目，研究核裂變和核聚變能源生產之間的技術開發協同作用，以及核聚變設施的長期可持續性（包括放射性廢物的處理）和法律及制度問題。
• 原子能機構正在調查涵蓋核聚變設施整個生命周期的關鍵安全方面，其中需要導則和具體的參考文件。
• 原子能機構正在支持通用聚變示范工廠的預可行性研究。