這篇文章的作者是馬修·霍爾， 來自澳洲國立大學和伊戈爾·布雷， 從科廷大學,最初由對話。這是他們關於核的未來的全球系列的一部分，您可以閱讀該系列的其餘部分這裡。
是太陽和恆星的動力——透過氫和氦等輕元素結合在一起釋放大量能量。 如果如果直接在地球上利用，它可以產生取之不盡用之不竭的清潔電力，以海水為主要燃料，不排放溫室氣體，沒有擴散風險，也沒有發生災難性事故的風險。 放射性廢棄物的含量非常低，而且是間接的，由發電廠堆芯的中子活化產生。 以目前的技術，聚變發電廠可以在關閉後 100 年內完全回收。
今天的核電廠利用核能- 鈾、釷和鈽等重元素的原子核分裂成較輕的「子」核。 這個過程在不穩定元素中會自發性發生，可以用來發電，但它也會產生長壽命的放射性廢棄物。
為什麼我們還不使用安全、乾淨的核融合能源？ 儘管聚變研究取得了重大進展，但為什麼我們物理學家以懷疑的態度對待毫無根據的「突破」主張？ 簡而言之，要實現維持反應的條件非常困難。 但如果現在正在建設的實驗成功，我們可以樂觀地認為核融合發電可以在一代人的時間內成為現實。
融合過程
與裂變不同，原子核不會自發性地發生聚變：原子核帶正電，必須克服巨大的靜電斥力，然後它們才能足夠接近，從而使將原子核結合在一起的強核力發揮作用。
在自然界中，恆星的巨大引力足夠強大，恆星核心的溫度、密度和體積足以讓原子核通過靜電勢壘的「量子隧道效應」進行融合。 在實驗室中，量子穿隧速率太低，因此只能透過使燃料核變得異常熱（比太陽核心熱六到七倍）來克服障礙。
即使是最容易引發的聚變反應（氫同位素氘和氚結合形成氦和高能中子）也需要約 1.2 億攝氏度的溫度。 在如此極端的溫度下，燃料原子破裂成其組成電子和原子核，形成過熱等離子體。
將等離子體保持在一個地方足夠長的時間以使原子核融合在一起並不是一件容易的事。 在實驗室中，等離子體被由超導體線圈產生的強磁場所限制，該磁場形成了一個甜甜圈形狀的“磁瓶”，等離子體被困在其中。
聚變發電廠示意圖。 圖片由 JET-EFDA 出版品版權所有 Euratom 提供，作者提供
今天的等離子體實驗，例如歐洲聯合環面可以將等離子體限制在淨功率增益所需的溫度，但等離子體密度和能量限制時間（等離子體冷卻時間的度量）太低，等離子體無法自加熱。 但正在取得進展——今天的實驗在溫度、等離子體密度和約束時間的聚變性能比 40 年前的實驗好 1000 倍。 我們已經對如何將事情推進下一步有了一個很好的想法。
政權更迭
這ITER反應器目前正在法國南部卡達拉什建設，將探索“燃燒等離子體狀態”，其中聚變反應受限產物產生的等離子體加熱超過外部加熱功率。 在接近連續運轉時，ITER 的總功率增益將是外部加熱功率的五倍以上，並且在短時間運行時將接近 10-30 倍。
耗資超過 200 億美元，並由七國集團和聯盟，ITER 是地球上最大的科學計畫。 其目的是展示將聚變能用於發電等和平目的的科學和技術可行性。
工程和物理挑戰是巨大的。 ITER將擁有5特斯拉的磁場強度（地球磁場的10萬倍）和6公尺的裝置半徑，限制840立方公尺的等離子體（奧林匹克游泳池的三分之一）。 它重達 23,000 噸，包含 100,000 公里長的鈮錫超導線。 鈮錫在 4.5K（約攝氏負 269 度）時具有超導性，因此整台機器將浸入由液態氦冷卻的冰箱中，以保持超導線僅比絕對零度高幾度。
ITER 的剖面圖。 對於比例，請注意反應爐堆芯下方的人。 ITER 組織，作者提供
ITER 預計將於2020 年開始產生第一批等離子體。情況下產生和維持。
我們從建造和運營 ITER 中獲得的信息將為未來聚變發電廠的設計提供信息，最終目標是使該技術用於商業發電。 目前看來，第一座原型發電廠將在 2030 年代建成，發電量可能約為 1 吉瓦。
雖然第一代發電廠其規模可能與 ITER 類似，希望磁約束和控制的改進將導致更緊湊的新一代發電廠。 同樣，發電廠的成本將低於 ITER：推斷發電廠的長期模型表明，核融合可能是經濟的，對環境的影響很小。
因此，雖然核融合的挑戰很大，但回報也將是巨大的。 我們所要做的就是讓它發揮作用。
本文是《對話》關於核能未來的全球系列文章的一部分。 您可以閱讀該系列的其餘部分這裡。
