简介
中国合肥EAST
核聚变是将两个较轻的原子核聚合成较重的原子核并释放能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——在阳光下已经持续了50亿年。可控核聚变俗称人工太阳，因为太阳的原理是核聚变反应。(氢同位素主要用于核聚变反应。核聚变不会产生核裂变的长期和高水平的核辐射，不会产生核废物，当然也不会产生温室气体，基本上不会污染环境。)人们知道热核聚变始于氢弹爆炸。科学家们希望发明一种能有效控制氢弹爆炸过程的装置，使能量能够持续稳定地输出。
核能包括裂变能和聚变能。
裂变能是重金属元素原子通过裂变释放的巨大能量，已经商业化。由于裂变所需的铀和其他重金属元素在地球上很少，传统的裂变反应堆会产生长寿命和放射性强的核废物，这限制了裂变能的发展。另一种核能形式是尚未商业化的聚变能。
氘在地球的海水中藏量丰富，多达40万亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。此外，由于核聚变需要极高的温度，一旦某个环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动停止。也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核(核裂变)电站的事故，这是安全的。因此，聚变能是一种无限、清洁、安全的新能源。
具体实现方式
TOKAMAK
为了实现磁约束，需要一个能产生足够强的环形磁场的装置，称为托卡马克装置——TOKAMAK，也就是说，俄语是由环形、真空、磁和线圈的缩写。早在1954年，世界上第一个托卡马克装置就在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。好像很顺利吧？事实并非如此。为了投入实际使用，输入装置的能量必须远远小于输出能量。我们称之为能量增益因子——Q值。当时，托卡马克装置是一件非常不稳定的事情。经过十多年的工作，它没有获得能量输出。直到1970年，前苏联才首次在改进多次托卡马克装置时获得实际能量输出，但只能通过当时最先进的设备进行测量，Q值约为10亿分之一。不要低估这十亿分之一，这让全世界都看到了希望，所以全世界都在这种激励下努力工作，建立了自己的大型托卡马克设备，欧洲建立了联合环-JET,苏联建设了T后来缩水成了T15、线圈小，但超导)，日本JT-60和美国的TFTR(托卡马克聚变实验反应器缩写)。这些托卡马克装置一次又一次地提高能量增益因子（Q）1991年，欧洲联合环在核聚变史上实现了第一次运行实验，使用了6:1的锶混合燃料，控制了2秒的核聚变反应，获得了0.输出功率为17万千瓦，Q值达0.12。1993年，美国在TFTR两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，Q值达到了0.28。1997年9月，联合欧洲环境创新1.世界纪录29万千瓦，Q值达0.持续了2秒。仅过了39天，输出功率就提高到了1.61万千瓦， Q值达到0.65。三个月后，日本人JT在-60上，成功地进行了转换为ー反应，Q值可达1。后来，Q值又超过了1.25。这是第一次Q值大于1。虽然ー反应不实用（稍后），但托卡马克理论上可以真正产生能量。在这种环境下，中国也不例外。几个实验托卡马克装置——环流一号建于20世纪70年代（HL-1）和CT-6.后来又建成了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建环流2号。据说中国托卡马克装置的研究始于俄罗斯的赠送设备，这是错误的，HT6/HL1的建设早于俄罗斯赠送的建设HT-7系统。HT-7.过去，中国的几种设备都是普通的托卡马克装置，俄罗斯赠送的HT-7是中国第一个超托卡马克装置。什么是超托卡马克装置？回顾过去，托卡马克装置的核心是磁场。要产生磁场，必须使用线圈通电。如果有线圈，就会有电线，如果有电线，就会有电阻。托卡马克装置越接近实用，磁场越强，导线通过的电流越大。此时，导线中的电阻出现，降低了线圈的效率，限制了大电流，不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸运的是，超导技术的发展使托卡马克峰回路转动。只要线圈变成超导体，理论上就可以解决大电流和损耗的问题。因此，使用超导线圈的托卡马克装置诞生了，即超托卡马克。到目前为止，世界上有四个国家有自己的大型超托卡马克装置和法国Tore－Supra，俄罗斯的T-15，日本的JT-60U，和中国的EAST。除了EAST另外，其他四个大概只能叫准超托卡马克，它们的水平线圈是超导的，垂直线圈是常规的，所以还是会被电阻困扰。为了增加反应体的体积，他们三个的线圈截面都是圆形的，EAST第一次尝试做非圆截面。此外，德国的螺旋石-7在建，规模比EAST大，但技术水平差不多。
ITER
2005年正式确定的国际合作项目ITER，1985年以来，苏联、美国、日本和欧洲共同提出了国际热核实验反应堆的缩写，旨在建立第一个试验聚变反应堆。（注意：ITER它不再是一个托卡马克装置，而是一个测试反应堆，这是一个。)最初的计划是在2010年建010年建立一个1500兆瓦功率输出的实验堆，花费100亿美元。出乎意料的是，由于各国的想法不同，苏联解体，加上技术手段的限制，直到2000年才有结果，而美国中途退出，ITER胎死腹有危险。直到2003年能源危机加剧，各国才再次重视。首先，中国宣布加入ITER欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴，随后美国宣布重返计划。随后，韩国和印度也宣布加入。
2005年ITER正式立项，位于法国卡达拉申，基本设计不变，力争2015年前全面完成，造价120亿美元，欧盟40%，法国、中国、日本、美国10%。剩下的想让别人平分，韩国和印度不做，努力让俄罗斯出10%，自己出5%(最后美国、日本、俄罗斯、中国、韩国和印度出9%左右)。ITER碰巧是拉丁语路，可见大家对这件事有多大的希望。她很有可能是人类解决能源问题的道路。如果ITER成功的下一步是利用它ITER到那时，技术、设计和建造示范商用堆，离真正的商业核聚变发电不远了。但是ITER在施工过程中，有很多技术问题需要解决，需要有一个原型可供参考。在此基础上，各国先进的超托卡马克装置已成为设计ITER的蓝本。ITER研究远不是托卡马克装置，有很多问题需要克服，地雷战争说村有村，日本外围设备研究远远领先于其他国家，他们在托卡马克点火领域非常先进，没有高压变压器，直接使用高频电流制造核聚变点火高温等离子体电流，在日本成功测试，大功率激光点火接近改进。
EAST
EAST位于中国合肥，是迄今为止超托卡马克反应体的唯一部分ITER在技术和规划中提供实验数据的装置ITER完全一样，没有的只是换能部分。EAST为了增加反应体的体积，提高磁场效率，首次采用非圆形垂直截面。第一次采用液氦无损超导系统。液氦很贵，只有在线圈材料上下功夫，尽量少用液氦，同时让液氦回收，尽量减少系统的损失才能投入实用。此外，EAST它也是世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克。它的第一壁是主动冷却，与大型冷却塔相连。其冷却水能保证长期运行后反应产生的热量被带走，保持系统的温度平衡。一方面是实现稳定控制聚变的重要一步，另一方面也是工程化的重要标志——用汽轮机代替冷却塔是可以发电的。结合一些相关信息，世界普遍认为EAST将是第一个能够长期稳定运行的，Q当然，托卡马克装置可能需要1-2年2年。就EAST从某种意义上说，就是ITER主反应体大约1/4的一个原型实验装置。
历史沿革
1939年，美国物理学家贝特通过实验证实，在加速器加速后，两个原子核以高速碰撞，形成一个新的原子核氦和一个自由中子，释放了17.6兆电子伏能量。这就是太阳持续45亿年发光发热的原理。
早在1933年，就提出了核聚变的原理，五年后，就发现了改变世界格局的核裂变。核聚变反应堆的原理很简单，很容易理解，但当时几乎不可能实现人类的技术水平。第一步，作为反应体的混合物必须加热到等离子体，即温度足够高，使电子能够摆脱原子核的束缚，原子核能够自由移动，然后原子核可以直接接触。此时，温度约为10万摄氏度。第二步，为了克服库仑力，即同样正电荷的原子核之间的排斥力，原子核需要以非常快的速度运行。获得这个速度最简单的方法是继续加热，使布朗运动达到疯狂水平，使原子核达到这个运行状态，需要数亿摄氏度的温度。然后就简单了。原子核和原子核以极大的速度赤裸裸地碰撞，产生新的氦核和新的中子，释放出巨大的能量。一段时间后，反应体不再需要外部能源的加热，核聚变的温度足以使原子核继续聚变。只要氦原子核和中子被及时排除在这个过程中，将新的镁和锶混合物输入反应体，核聚变就可以继续下去，产生的一小部分能量留在反应体中，保持链反应，大部分可以作为能源输出。看起来很简单，对吧？只有一个问题。你把这个高达数亿摄氏度的反应体放在哪里？到目前为止，人类还没有创造出任何能承受1万摄氏度的化学结构，更不用说数亿摄氏度了。这就是为什么一锤子买卖的氢弹在50年后还没有从核聚变中有效获得能量的唯一原因。嗯，人类非常聪明，不能用化学结构来解决问题。让我们用物理测试。早在50年前，就产生了两种约束高温反应体的理论，一种是惯性约束。这种方法在直径约几毫米的小球中加入几毫克的ー和ー混合气体，然后从外部均匀地喷射到激光束或粒子束中，从而挤压球的内层。球内气体被挤压，压力升高，温度急剧升高。当温度达到所需点火温度时，球内气体爆炸，产生大量热能。这种爆炸每秒发生三四次，并持续进行，释放的能量可达到百万千瓦级。中国著名科学家王干昌是这一理论的奠基人之一。另一种是磁约束。因为原子核是带正电的，只要我的磁场足够强，你就会跑出去，我建立一个环形的磁场，那么你就只能沿着磁力线的方向，沿着螺旋形运动，跑不出我的范围，而在环形磁场之外的一点距离，我可以建立一个大型的换热装置（此时反应体的能量只能以热辐射的方式传到换热体），然后再使用人类已经很熟悉的方法，把热能转换成电能就是了。苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的这种方法相对于惯性约束，世界受控核聚变研究，主要集中在这个领域上。
国际热核聚变实验堆（ITER）组织正式成立
2007年10月24日北京时间21∶15，国际热核聚变实验堆（ITER）组织在法国卡达拉舍（Cadarache）正式成立，这标志着目前全球规模最大的国际科技合作协议正式启动。当国际组织总干事池田要先生和第一副总干事郝特康普博士揭下“ITER国际组织”牌匾上的绸布时，会场响起热烈的掌声。
同一时刻，美国、俄罗斯、欧盟、中国、日本、韩国、印度各方的高层代表通过视频在各自国家参与了ITER国际组织举行的成立仪式。中国分会场设在合肥中国科学院等离子体所主控室，科技部基础司彭以祺副巡视员、ITER办公室罗德隆同志等与国内有关专家一起见证了这一重要历史时刻，大家纷纷举杯同贺。在此之前，ITER组织还举行了ITER技术负责人第15次会议。
2006年11月21日，我国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》和《联合实施国际热核聚变实验堆计划国际聚变能组织特权和豁免协定》。2007年8月31日，十届全国人大第29次常委会审议通过了上述两个协定。
ITER计划是目前全球规模最大、经费投入最多、影响最深远的重大国际科学工程之一，它吸引了世界主要国家的顶尖科学家。ITER计划的实施结果将影响人类能否大规模地使用聚变能，从而从根本上解决能源问题的进程。参与ITER计划不仅使我国在核聚变能研究方面进入世界最前沿，为我国自主地开展核聚变示范电站开发清洁高效的能源的研发奠定基础，也将推动我国核聚变科技整体水平的发展。
2012年7月10日，中国可控核聚变实验装置获重大突破，遥遥领先世界。中科院等离子体物理研究所，东方超环（EAST）超导托卡马克2012年物理实验顺利结束。在长达四个多月的实验期间，科学家们利用低杂波和离子回旋射频波，实现多种模式的高约束等离子体、长脉冲高约束放电，自主创新能力得到较大提高、获得多项重大成果，创造了两项托卡马克运行的世界记录：
获得超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体；获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电。这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放电、最长时间的高约束等离子体放电，标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列。（来源：凤凰网：2012年7月12日新闻：中国可控核聚变实验装置获重大突破 遥遥领先世界）
优点
利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。裂变时靠原子核分裂而释出能量。聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘（读"刀"，又叫重氢）和氚（读"川"，又叫超重氢）聚合成较重的原子核如氦而释出能量。 核聚变较之核裂变有两个重大优点。一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。 第二个优点是既干净又安全。因为它不会产生污染环境的放射性物质，所以是干净的。同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，所以是安全的。 实现核聚变已有不少方法。最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件。虽然在实验室条件下已接近·，但要达到工业应用还差得远。按照现有的技术水平，要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。 另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿度）时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短，只有几个皮秒（1皮等于1万亿分之一秒）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站。 原理上虽然就这么简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的还差几十倍、甚至几百倍，加上其他种种技术上的问题，使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。 尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服，但其美好前景的巨大诱惑力，正吸引着各国科学家在奋力攀登。
新发展方向
人类没有被一个ITER限定死，很多可控核聚变领域的研究也层出不穷。前几年出现了冷核聚变的说法，就是将氘代丙酮以一定的频率进行震动，发现产生的微小气泡里面产生了核聚变，还有一部以此为背景的电影《圣徒》，但是目前看来，由于被认为不可重现，缺乏理论依据，基本可以认定是伪科学了。另外托克马克也不都是环形的，长径比到一定程度，就出现了球形的装置，造价低，有效截面大，很可能是未来的发展方向，顺便说一下，离我不到500米，就有一台这个设备——科学院物理所的SUNIST。此外，惯性约束核聚变也是一个很有前途的方向，实际上我认为惯性约束的思想很聪明，它实际上就是用很多小型的非受控核聚变实现总体的受控核聚变，它的结构要比磁性约束简单很多，它也是一个重点地研究领域，在新闻中看到的国内的新型的大型激光器什么的，绝大多数是用于此。
中国
中国在这个领域有先天的优势，加上机遇很好，走到世界第一集团，不是偶然的。说先天优势，是因为我们有王淦昌先生这样一批理论上的大师，使得我们的基础并不落后。国家对于能源的重视不是一天两天了，自1956年的12年科学规划以来，核聚变的研究已经进行了半个世纪，积累了大量的经验。还有一个祖宗留给我们的好礼物：内蒙古白云鄂博的稀土资源。它使得我们的超导工艺和激光技术并不落后——这可是受控核聚变的重要组成部分。说我们机遇好，一方面是当年苏联解体，俄罗斯贱卖家底，我们得到了俄国的HT-7超托卡马克，使我们跨越性的认识了这一系统。另一方面，国际扯皮使得ITER拖了近20年，我们赢得了追上去的机会，试想1985年ITER正式开建，怎么可能有中国的事情？中国人在这个关乎人类生存的领域，总算占有了一席之地，希望能良好的发展下去，早日求得正果，若如此，不仅为华夏之福，更是寰宇之大幸也。
意义
地球上的能量，无论是以矿石燃料，风力，水力还是动植物的形式储存起来的，最终的来源都是太阳：矿石燃料是由千百万年前的动植物演变而来的，而动植物（无论是今天的还是以前的）的能量最终是要来源于食物链底端的植物的光合作用所储存的太阳能；风的起因是由于太阳对大气的加热造成的冷热不均；水力的势能一样要靠太阳的加热使处于低平位置的水体蒸发，上升，再以降水形式被“搬运”到较高位置，从而形成势能。因此，无论人类利用这其中哪一种能源，归根结底都是在利用太阳能，而太阳的能量则是来源于核聚变，因此，人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法，就等于掌握了太阳的能量来源，就等于掌握了无穷无尽的矿石燃料，风力和水力能源，一些人鼓吹的现代工业将因为没有能量来源而走向灭亡的观点也就破产了。因此，可控核聚变反应堆当之无愧地被称作“人造太阳”。我国在可控核聚变技术方面处于世界领先地位，即将开始运行的EAST反应堆是世界上第一个达到实用工程标准的反应堆，如果能够成功运行，那么，可控核聚变的商业发电的时日就不远了。