可控核聚變

可控核聚變，即核聚变能源，指在人工控制之下利用核融合产生能量。核聚变反应是一种结合两个较轻核子产生较重核子的能量反应。合并时，部分质量丧失转换为能量（質能等價）。[1]融合能研究主要关注于驾驭这个反应并作为大规模可持续能源的来源。

托卡马克，现有的可控核聚变反应堆方案之一

几乎所有针对大规模商业应用提出的方案，热量都由受控核聚变产生的中子散射提供，与现今核电厂、火力发电厂提供给蒸汽涡轮发动机发电原理相同。

核聚变过程需要燃料以及足够的温度、压力和维持时间，才能形成可以进行核聚变的等离子体。这些条件结合起来可以构成一个产生能量的系统，即所谓的劳森标准（Lawson criterion）。劳森标准即核聚变能量实现的一个标准，说明了为了使核聚变反应能够持续进行并产生能量，需要达到一定的温度、密度和持续时间的组合。在恒星中，氢是最常见的燃料，重力提供了非常长的约束时间，满足了产生聚变能的需求。目前设计中的核聚变反应堆通常使用重氢同位素，如氘和氚（尤其是这两者的混合物），它们相较于普通的氢同位素更易发生反应，因此能在较温和的条件下满足劳森标准。大多数设计目标是将燃料加热至大约1亿开尔文，也因此对可靠的设计提出了巨大挑战。氚在地球上极为稀有，且半衰期仅为约12.3年。因此，在设想中的聚变反应堆（即增殖反应堆）运行过程中，会利用中子通量作用于氦冷却卵石床（HCPB），以产生氚，完成燃料循环[2]。

作为动力源，核聚变相比核裂变有诸多潜在优势，包括较少的运行过程中的放射性、几乎不产生高放射性核废料、充足的燃料供应（如氚孕育或某种非中子燃料形式），以及更高的安全性。然而，同时达到必须的温度、压力和维持时间的条件已被证实存在实践和经济上的挑战。第二个问题是管理反应过程中释放的中子：长时间的中子照射会导致反应器内部的许多材料削弱退化。

研究人员已经探索了各种聚变约束方案。早期重点研究了三种主要系统：z-夹（z-pinch）、仿星器和磁镜。目前主要的设计包括托卡马克和激光惯性约束（ICF）。这两种设计均在进行大规模研究，其中最著名的有法国的热核实验反应堆托卡马克和美国的国家点火装置（NIF）激光器。研究人员还在探索其他可能的低成本设计方案。他们也对磁化目标聚合和惯性静电约束以及恒星器的新变体越来越感兴趣。

2022年12月5日，美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）首次實現能量淨收益的可控核聚變。該實驗通過192道雷射聚焦目標提供 2.05 兆焦耳的能量，從而超過聚變閾值，產生 3.15 兆焦耳的聚變能量輸出。[3]