欧洲联合圆环 (JET) 是位于牛津郡的最大的托卡马克（将等离子体限制在圆环形状的强大磁场），是一种通过控制核聚变产生能量的机器。它最近在一项实验中取得了突破，在 5 秒内产生了 59 兆焦耳的电力，是 1997 年之前的记录的两倍，并在核聚变相关技术的发展史上树立了一个里程碑。最近的突破表明，我们离核聚变能源生产商业化又近了一步，核聚变在当时是一种相对“乌托邦”的想法，并且可能拥有一种新的、可持续的能源。

核聚变与裂变

世界对核裂变的概念比较熟悉，众所周知，核裂变是产生核能所必需的反应。核裂变是原子核分裂成多个更小更轻的原子核并产生能量的过程。另一方面，核聚变是一个相对较新的概念，主要局限于科学界，因为它尚未成为生产核能的商业化方法。简而言之，核聚变与核裂变完全相反。多个较小和较轻的原子核（例如氢）不会分裂，而是结合在一起形成较重的原子核（例如氦），在此过程中会产生大量能量。换句话说，核聚变通过结合原子核而不是分裂来产生能量。

当迫使原子核结合时，它们会根据静电力定律产生排斥。为了克服原子核的排斥，原子核必须以等离子体的形式出现，这是继固体、液体和气体之后的第四种物质状态。而要产生等离子体，您需要一个温度极高、密度极高和/或压力极高的环境；一个很像太阳核心的环境。

操纵融合的努力

今天，科学家们发现了两种融合原子核的方法。第一种称为磁约束聚变。JET是采用这种方法产生核聚变能的例子之一。如前所述，触发聚变需要极高的温度。在 JET 内部，等离子体必须至少加热到 1.5 亿摄氏度以上才能实现聚变。然而，目前世界上没有一种材料可以承受这种温度而不会损坏。为了解决这个问题，科学家们想出了一种方法，通过利用巨大的磁场来限制等离子体的运动，使等离子体远离设备的壁。可以说，最有效的磁性配置是托卡马克，这是一个环形环形，其中磁场弯曲形成一个闭合回路。

另一种融合原子核的方法是惯性约束聚变。位于美国加利福尼亚州的国家点火装置是最先进的惯性约束聚变实验装置。这种方法比较简单；它通过快速压缩和加热燃料来触发聚变，使其温度和密度足以克服原子核和熔断的排斥，通常在高能激光束的帮助下。

为什么核聚变被认为是“乌托邦”？

核聚变是清洁的：核聚变过程中不排放温室气体或空气污染。聚变的主要副产品是氦，一种无毒的惰性气体。相反，氦是一种非常有用的化学元素，供应短缺。它广泛用于航空航天和低温工业。如果可以在融合过程中收集到，那将是另一个衍生的好处。虽然在聚变过程中会产生一些核废料，但它的放射性比核裂变产生的核废料要弱得多，持续时间也短得多。对于传统核反应堆产生的废物，放射性衰变可能需要 1,000 到 10,000 年。然而，核聚变产生的废物的活性在 100 年内迅速下降。

核聚变是可持续的。它可以说是最可持续的能源生产方法。目前大多数核聚变研究都致力于氘氚燃料。氘是氢的同位素，可以在海水中大量发现，而氚是氢的另一种同位素，既稀有又具有放射性。然而，科学家们已经找到了一种以可持续方式手动生产氚的方法。已经发现，通过在反应堆周围添加一层锂制成的层，它会在核聚变过程中产生氚作为副产品。锂是第33位地球上最丰富的化学元素，在土壤中以微量广泛分布，常用于生产电动汽车的电池；它的丰富性可以确保核聚变的可持续能源生产。此外，核聚变所需的燃料非常少，如果我们能够充分利用它，一加仑海水可以产生与 300 加仑汽油一样多的能量。

核聚变是安全的。在地球上建造太阳的概念似乎很危险。但恰恰相反，核聚变是最安全的能源生产方法之一。由于核聚变不涉及像核裂变这样的连锁反应，因此如果限制失效，等离子体将简单地膨胀、冷却并最终停止。因此，它在任何情况下都不会爆炸，不会因环境原因、军事行动或恐怖主义而导致灾难性的核灾难。它也不存在核扩散的风险，因为在这些反应堆中找不到制造铀等核弹头所需的材料。

核聚变的未来

尽管有所有好处，但有什么收获？核聚变目前仍不发达。为了产生聚变，需要将燃料加热到至少一亿摄氏度。维持反应所消耗的能量远远超过能量产生的能量。例如，JET 需要 24 兆瓦的输入才能产生 16 兆瓦的输出。

没有人能确保核聚变能够在短时间内实现商业化，而制造核聚变和发电厂的成本仍然非常昂贵。国际热核实验反应堆（ITER）是一个国际项目工作聚变，位于法国圣保罗莱兹杜兰斯。其建设于2007年开始，预计2025年底将拥有第一台等离子，其设计和建设成本至少为220亿美元。虽然极高的成本是开发不足的结果，但核聚变的批评者将 ITER 描述为“白象”，并声称最好将资金用于开发已经证明是成功的可再生能源。

然而，我们不应该放弃任何潜在的替代品来实现可持续能源，因为在商业化之前，每一种著名的能源生产方法都非常昂贵。更何况，在经济学中，有一个术语叫边际收益递减规律，意思是增加一个生产要素，在达到最优生产水平后，最终会导致产量的较小增长。可再生能源的发展已经投入了很多资源，但我们正处于瓶颈期。资源应同时分配给多个项目，以尽量减少一个失败的风险。在确定核聚变是乌托邦小说还是能源生产的未来时，所有的目光都集中在 ITER。