当前世界能源危机形势严峻，且很多不稳定因素皆来自于能源危机。可控核聚变一旦实现很多问题都能得到解决。要实现可控核聚变除了技术层面也许还会有许多基础理论上的问题。
今天的核电站通过核裂变发电，其中原子被分裂。 然而，核聚变涉及结合原子核以释放能量。 这与太阳核心发生的反应相同。 但是，克服原子核之间的自然排斥并维持发生聚变的正确条件并非易事。 几十年来，以一种产生比反应消耗更多的能量的方式这样做已经超出了物理学中最优秀的头脑的掌握。
建造核聚变反应堆
ITER 将成为一个托卡马克反应堆——被认为是聚变能的最大希望。 在托卡马克内部，一种气体，通常是一种称为氘的氢同位素，受到强烈的热量和压力，迫使电子脱离原子。 这会产生等离子体——一种过热的电离气体——必须被强磁场控制。
安全壳至关重要，因为地球上没有任何材料能够承受等离子体必须达到的高温（100,000,000 C 及以上）才能开始聚变。 它几乎是太阳核心热量的 10 倍，托卡马克需要这样的温度，因为太阳内部的引力压力无法重现。
当原子核开始融合时，会释放出大量能量。 虽然目前正在运行的实验反应堆以热量的形式释放能量，但在聚变反应堆发电厂中，热量将用于产生蒸汽，从而驱动涡轮机发电。
托卡马克并不是唯一正在尝试的聚变反应堆。 另一种类型的反应堆使用激光加热和压缩氢燃料以引发聚变。 2021 年 8 月，位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施中的一台此类设备产生了 1.35 兆焦耳的能量。 这个破纪录的数字使聚变功率更接近净能量增益，但大多数希望仍然寄托在托卡马克反应堆而不是激光上。
2021 年 6 月，中国实验性先进超导托卡马克 (EAST) 反应堆在 120,000,000 C 下保持等离子体 101 秒。 在此之前，记录是20秒。 最终，聚变反应堆需要无限期地维持等离子体——或者在电力需求高峰期至少维持八小时的“脉冲”。
核聚变的一种途径是使用氢的同位素氘和氚原子。 它们在令人难以置信的热量和压力下融合，产生的产品以热量的形式释放能量 Getty Images
解决方案是使用由没有电阻的超导线或“胶带”制成的高温超导磁体。 这些磁铁可以产生强烈的磁场，并且不会像热量一样损失能量。
高温超导性已为人所知 35 年。 但是，最近才开发出制造合理熔断线圈所需长度的胶带的制造能力。 ITER 的其中一个磁铁，即中央螺线管，将产生 13 特斯拉的磁场——是地球磁场的 280,000 倍。
ITER 真空容器的内壁（将发生聚变的地方）将衬有铍，铍是一种在接触时不会过多污染等离子体的金属。 底部是偏滤器，可控制反应器内的温度。
偏滤器上的热负荷可能与火箭喷嘴中的一样大。 火箭喷嘴之所以起作用，是因为你可以在几分钟内进入轨道，而在太空中它真的很冷。在聚变反应堆中，偏滤器需要无限期地承受这种热量，而在 ITER，他们将测试由钨制成的偏滤器。
与此同时，在美国，国家球形环面实验 – 升级（NSTX-U）聚变反应堆将于 2022 年秋季启动。其优先事项之一将是看看在反应堆内衬锂是否有助于保持等离子体稳定 .
选择燃料
ITER 将不再使用氘作为聚变燃料，而是将氘与氚（另一种氢同位素）混合使用。 氘-氚混合物提供了获得比投入更多的能量的最佳机会。聚变能的支持者说，该技术安全的一个原因是燃料需要不断地送入反应堆以保持聚变的发生，从而产生 失控反应不可能。
氘可以从海水中提取，因此几乎可以无限供应。 但据认为全球仅存在 20 公斤氚，因此必须由聚变发电厂生产（ITER 将开发“培育”氚的技术）。 虽然核聚变工厂会产生一些放射性废物，但它的寿命约为 100 年，而不是裂变后的数千年。
位于牛津郡的联合欧洲环面 (JET) 聚变反应堆的研究人员将开始他们的氘-氚聚变反应。 JET 将帮助 ITER 选择机器参数以优化聚变功率。 这些参数将包括找到氘和氚的最佳组合，并确定在聚变开始之前如何增加磁体中的电流。
JET 奠定的基础应该会加速 ITER 实现净能量增益的努力。 ITER 将在 2025 年 12 月生产“第一批等离子体”，并在接下来的十年内达到全功率。 其等离子体温度将达到 150,000,000 C，其目标是每输入 50 兆瓦的加热功率产生 500 兆瓦的聚变功率。
如果 ITER 成功，它将消除大多数（如果不是全部）对科学的怀疑，并为技术开发腾出资金。 该技术开发将是实际发电的示范核聚变发电厂。 ITER 正在开门并说，是的，这行得通——科学就在那里。
