科学家们致力于建立实用的核聚变，在寻求利用恒星的力量在地球上获得具有成本效益的清洁能源方面已经达到了一个里程碑。
什么是核聚变?核聚变结合两个轻原子核形成一个更重的原子核，发生在超高温下，并伴随着大量能量的释放。
聚变反应是恒星的主要能源，包括太阳。然而，这种反应只能在极热和极压的情况下发生。高温提供了足够的能量来克服原子核之间的相互电排斥。原子核之间的吸引力核力将超过排斥力，并允许它们在彼此相当接近时融合。太阳巨大的引力产生的巨大压力为聚变创造了理想的环境。
由于地球上的低压，无法复制受控聚变反应的相同条件。然而，过去几年已经取得了重要的里程碑，希望核聚变能的工业化生产能够很快成为现实。
核聚变的最新突破
联合欧洲圆环
牛津联合欧洲圆环 (JET) 实验室的科学家在开发实用核聚变方面迈出了重要一步。
JET 使用金属铍和钨代替碳来形成封闭磁场的 80 立方米环形容器的新壁。结果，在 5 秒内产生了 59 兆焦耳的能量，这是 1997 年类似实验结果的两倍。
JET实验的结果有望为国际聚变实验反应堆(ITER)的未来成就奠定基础。ITER 将能够以较低的初始成本产生无限量的能量。
第一光融合
位于牛津的初创公司First Light Fusion 凭借其独特的射弹技术，通过核聚变产生了能量。
该方法压缩燃料芯块以在极高温度下融合两个原子。该过程包括以 6.5 公里/秒的速度从 22 米的瓦斯加农炮向氚和氘弹丸发射 100 克子弹。这种方法产生的聚变能源成本可能低至每兆瓦时 25 美元，而传统核能的成本为每兆瓦时 100 美元。
国家点火装置 (NIF)
国家点火装置 (NIF) 使用惯性约束聚变来触发核聚变。2021年8月达到了一个重要的里程碑，当时国家点火装置 (NIF) 的输出功率超过 1.3 兆焦耳。
一组激光放大器将激光聚焦到氢燃料颗粒上，在不到 100 万亿分之一秒的时间内产生了超过 10 万亿瓦的聚变能量。
这些突破对无限清洁能源的未来意味着什么?
核聚变是无限清洁能源的来源，其燃料储备实际上取之不尽用之不竭。
在核聚变过程中，物理学家更喜欢使用氘和氚(氢同位素)作为燃料。氘在水中的浓度足够高。裂变反应堆或向聚变反应堆添加锂都可以产生氚。虽然锂在陆地上并不丰富，但海水足以使聚变发电 30,000 年。
聚变反应释放的能量比裂变多，大约是化石燃料的 400 万倍。只有几克燃料可以提供几千年的能量。
从长远来看，核聚变提供了一种无限的绿色能源，它根本上是安全的，因为它不能启动一个失控的过程。
核聚变的挑战
在实验室中，聚变过程需要比它们产生的能量更多的能量来点燃。
对于 JET，使用了两个 500 兆瓦的飞轮进行测试。聚变使用氘和氚的等离子体状态混合物，科学家在探索聚变之前几乎没有经验。
等离子体在聚变反应堆中被加热到极高的温度，然后被磁铁压缩。然而，部分材料逸出并撞击反应堆墙壁上的钨制装甲板。核聚变反应堆会产生没有放射性的中子。然而，反应堆的墙壁由于其高能量影响而具有放射性。
其他核聚变发展
中国物理学家取得了可以为地球提供清洁和无限能源的突破。
12 月 30 日，他们的核聚变反应堆，即实验性先进超导托卡马克，在 17 分 36 秒内保持了 5 倍太阳核心温度的温度。国际科学界对这种人造太阳的成就表示欢迎。
Fusion Systems 和麻省理工学院的科学家于 2018 年初开始开发新反应堆，该反应堆将比其前身更紧凑。他们预计建造一个小型、高效且易于扩展的托卡马克反应堆。如果一切按计划进行，一个名为 Sparc 的核反应堆可能会在 2030 年开始为电网发电。
还需要什么?
尽管商业融合似乎难以逾越的障碍，但研究人员在过去 70 年中取得了重大进展。
牛津大学惯性聚变研究教授彼得·诺里斯说，最近的发展表明了很多潜力。然而，这并不意味着聚变能即将出现。
尽管聚变过程缺乏净功率增益，但一些研究已经实现了聚变反应。通过全球伙伴关系和合作调动的资源数量将决定重现辉煌进展所需的时间。
核聚变的未来展望
制造人造恒星本质上是聚变反应堆的目标。一个多世纪以来，科学家们一直在研究聚变的物理学并努力利用这一过程。
随着通过能源生产脱碳来应对气候变化影响的压力越来越大，最近取得的重大成就标志着融合路线图向前迈出了一大步，作为应对全球能源危机的安全、高效、低碳手段。
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