如何实现可控核聚变？

在能源的浩瀚星空中，若将重原子核于中子打击下分裂所释放的“裂变能”，视作当今原子能电站与原子弹能量的源头，那么两个氢原子核聚合反应所产生的“核聚变能”，便是宇宙间所有恒星（太阳亦在其中）发光发热以及氢弹的能量源泉。人类已然能够掌控并利用核裂变能，然而，要让两个带正电荷的轻原子核相互靠近以引发聚变反应，却困难重重，这使得控制和利用核聚变能注定要踏上一条漫长而艰辛的研发之路。

在形形色色的核聚变反应里，氢的同位素——氘和氚的核聚变反应（也就是氢弹中的聚变反应），相对而言较易达成。 氘氚核聚变反应蕴含着惊人的能量释放潜力。氘在海水中的储量极其丰富，仅仅从一公升海水中提取出的氘，在完全的聚变反应中所能释放的能量，就相当于燃烧 300 公升汽油所产生的能量；而氚能够在反应堆中借助锂得以再生，锂在地壳和海水中均大量存在。氘氚反应的产物不具有放射性，中子对堆结构材料的活化作用也仅仅产生少量易于处理的短寿命放射性物质。聚变反应堆不会产生污染环境的硫、氮氧化物，也不会释放温室效应气体。再综合考虑聚变堆自身所具备的安全性，可以毫不夸张地说，聚变能是一种无污染、无长寿命放射性核废料且资源近乎无限的理想能源。一旦受控热核聚变能得以大规模实现，必将从根本上破解人类社会的能源难题。

鉴于氘和氚原子核发生聚变反应所需的条件，倘若期望氘、氚混合气体中能够发生大量核聚变反应，那么气体温度必须攀升至 1 亿度以上。在如此之高的温度下，气体原子中带负电的电子和带正电的原子核已然完全分离，各自进行独立运动。这种完全由自由带电粒子构成的高温气体被称作“等离子体”。故而，实现“受控热核聚变”首要攻克的难题便是，采用何种方法以及怎样加热气体，从而使等离子体温度能够升高至百万度、千万度乃至上亿度。但是，温度超过万度的气体无法被任何由材料制成的容器所束缚，以防止其飞散，因此必须探寻某种方式，避免高温等离子体逃逸或飘散。具有闭合磁力线的磁场（因为带电粒子只能沿着磁力线运动）便成为了一种极具可能性的选择。针对不同设计的“磁笼”中等离子体的运动行为以及防止其逃逸的研究（即所谓的稳定性研究），构成了实现受控热核聚变的第二个难点。若要使高温等离子体中的核聚变反应持续进行，上亿度的高温必须能够长时间维持（不论依靠聚变反应产生的部分能量，还是外加的部分能量）。或者也可以说，等离子体的能量损失率必须维持在较低水平。提升磁笼约束等离子体能量的能力，这是论证实现磁约束核聚变科学可行性的第三个关键要点。