可控核聚变：未来能源的重要方向
核聚变是指两个或多个质量较轻的原子核聚合为一个或多个较重的原子核和其他粒子，并释放出能量的过程。可控核聚变指在人工控制下，利用聚变产生能量，实现安全、持续、平稳的输出。实现可控核聚变有三种约束方式，分别是引力约束、磁约束和惯性约束，其中以磁约束为原理的托卡马克被普遍认为是最有希望实现可控核聚变的装置。可控核聚变原料储量丰富，兼具高能量密度、安全性和清洁无污染的优点，被誉为人类终极清洁能源，未来发展前景广阔。
全球主要国家正在大力推进聚变能商业化，欧美日韩等主要国家逐步发布或制定国家战略，明确核聚变发展方向；完善法律法规，建立健全监管制度；同时，设立专项计划，提供资金支持。在各国的积极推动下，国际上对可控核聚变的研究也在不断深入。
1美国
2022年12月，美国能源部国家核军工管理局宣布，劳伦斯•利弗莫尔国家实验室国家点火装置向燃料靶输送2.05兆焦耳能量，实现3.15兆焦耳的能量输出，首次实现净能量增益。2023年8月，美国《今日物理》网站报道，7月30日重复进行的核聚变实验实现了较2022年12月实验更高的净能量增益。2023年8月，美国闪耀技术公司宣布成功示范由聚变反应产生的清晰可见的切伦科夫辐射，这是全球首次能够通过可见光而不是依赖仪表检测来证明聚变反应的发生。
2英国
2022年2月，英国DeepMind公司与瑞士洛桑联邦理工学院合作在《Nature》杂志上发表文章，利用深度学习方法生成非线性反馈控制器，通过自动学习实现对所有磁线圈的控制。2022年3月，英国托卡马克能源公司（Tokamak Energy）宣布，其原型聚变堆ST40已实现1亿℃等离子体温度，为太阳中心温度的7倍，并且是实现受控核聚变必须达到的温度。2024年2月，英国原子能管理局发布公报称，英国欧洲联合核聚变实验装置（JET）使用0.2毫克燃料在约5秒的时间里，通过核聚变反应产生69兆焦耳的能量。
3德国
2023年2月，英国《国际核工程》网站报道了德国文德尔施泰因7-X（Wendelstein7-X）在实验中取得突破，成功实现1.3吉焦耳的能量周转，并在放电持续时间方面创造热等离子持续时间长达8分钟的新纪录。
4俄罗斯
2023年4月，英国《国际核工程》网站报道俄罗斯库尔恰托夫研究院最新成果，T-15MD托卡马克装置首次实现稳定等离子体。
5日本
2023年2月，日本国家聚变科学研究所（NIFS）与美国TAE技术公司与合作在《Nature Communications》上发表文章，宣布全球首次在磁约束等离子体中实现氢硼聚变反应，代表其在氢硼聚变研究领域取得重大技术突破。2023年12月，欧洲聚变能组织（F4E）发布消息称，日本和欧洲共同建造和运营的核聚变反应堆JT-60SA首次成功产生等离子体。
6韩国
2023年12月，韩国聚变能研究所宣布韩国超导托卡马克聚变研究装置KSTAR完成偏滤器升级，将碳偏滤器更换为钨偏滤器。
在双碳目标下，我国从本世纪中期开始便提出“热堆-快堆-聚变堆”核能“三步走”的发展战略。近年来，中共中央、国务院、国家发改委及国家能源局等都提出了推进可控核聚变技术研究的要求。2023年12月，由中核集团牵头成立的可控核聚变创新联合体，集合了央企、科研院所、高校等多方力量，共同推进可控核聚变的发展。我国聚变研究几乎与国际同步，取得了一系列的成果。
2021年5月，中科院合肥物质科学研究院全超导托卡马克核聚变实验装置EAST（东方超环）在开展的第16轮EAST装置物理实验中，实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行。
2022年11月，中核集团核工业西南物理研究院宣布全球最大“人造太阳”核心部件研制取得重大进展，国际热核聚变实验堆（ITER）增强热负荷第一壁完成首件制造，其核心指标显著优于设计要求，具备了批量制造条件。
2023年8月，中核集团发布官方消息称，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。
2023年9月，联创超导宣布突破基于核聚变应用场景的集束线缆的百米级的研发与制造，极大降低装置的使用维护成本，为加快可控核聚变的商业化使用提供稳定且更强有力的支撑。
2024年4月，据新华社报道，中国科学院等离子体物理研究所研制的全超导托卡马克核聚变装置（EAST）成功实现403秒的稳态高约束模式等离子体运行，创造的多项托马克运行的世界纪录，标志着我国在磁约束聚变研究领域引领国际前沿。
尽管可控核聚变技术有着广阔的发展前景，但其现阶段发展仍处于培育期，真正实现“可控”和“商业化”还需要攻克技术、材料等多重难题。
1反应过程的可控与稳定性及材料的耐久性
核聚变反应需维持极高的燃烧温度、超强的燃烧压力以及连续的约束时间，如何有效控制和维持这种极端环境下反应过程的稳定性是一个技术挑战。而且核聚变反应需要的这种极端温度和压力条件，使其需要的工程材料必须能够耐受这种环境，并且能够长期稳定运行。产氚包层作为聚变堆实现氚自持和发电的堆芯核心部件之一，目前的优势氚增殖剂材料填充率有限及无法自由调控；高温超导材料作为理论上适应聚变环境的理想材料，其力学性能差、不易加工，在巨大电磁力之下表现得异常脆弱。
2等离子体稳定性与控制
高温等离子体作为一种极其不稳定和复杂的物质，会受到各种扰动导致温度下降和反应停滞。在磁约束聚变中，等离子体的稳定性和控制是一个具有挑战性的技术难题，需要有效约束高温高压下的等离子体，精确控制等离子体的形状和位置，使其稳定地存在，不与周围的物质接触而冷却或损失能量。