几十年来各主要国家制定了核聚变研究战略，致力于探索和研究可控核聚变的各种新技术，但因其反应条件苛刻，目前仍然进展缓慢。而欧美商业公司的加入或许会给核聚变商业化应用带来新的发展动力。
2019年10月14日，英国政府宣布投资两亿英镑建造全球首个商用核聚变发电厂，并计划于2040年实现核聚变能源生产的商业化，引发关注。核聚变能因其原料来源丰富、产生能量巨大、反应产物清洁无污染等优势被视为人类可持续发展最理想的未来能源。几十年来各主要国家制定了核聚变研究战略，致力于探索和研究可控核聚变的各种新技术，但因其反应条件苛刻，目前仍然进展缓慢。而欧美商业公司的加入或许会给核聚变商业化应用带来新的发展动力。
一、与核裂变相比，核聚变具有诸多优越性
核能获取有两种形式，核裂变和核聚变。
核裂变是指一个大的原子核分裂成两个较小的原子核时发生的反应；核裂变的反应原料一般为铀235，储量不丰富；反应产物称为乏燃料，具有放射性；早在1954年，人类就可以和平的利用核裂变过程中产生的能量，在前苏联建成了世界上第一座核裂变电站。
图1.核裂变VS 核聚变
核聚变则是指两个小的原子核聚合一个较大的原子核时发生的反应。与核裂变相比，核聚变具有反应原料来源丰富、释放能量巨大、反应产物清洁无污染等优势。
（一）核聚变的反应原料储量丰富
核聚变的反应原料是氢的同位素氘、氚，氘可以从海水直接提取，地球上海水中蕴含的氘含量大概为40万亿吨，可供人类使用几百亿年，而氚可以由氘和锂发生反应制得。因此，可以认为核聚变的反应原料取之不尽、用之不竭。
（二）核聚变反应释放巨大能量
1千克铀235发生裂变释放的能量相当于2500吨标准煤或1750吨汽油燃烧放出的能量。而1千克氘聚变释放的能量相当于4千克铀235裂变的能量。另外，一升海水中含有的氘经过聚变反应释放的能量相当于300升汽油燃烧的能量。
（三）核聚变反应产物清洁无污染
氘、氚发生聚变反应之后产生氦，氦是一种稀有气体，没有放射性。相比于反应产物有放射性的核裂变，核聚变更加清洁无污染。
二、可控核聚变反应条件苛刻，商用难度大
从上世纪30年代发现核聚变开始，人类就一直在致力于真正地利用核聚变的能量。但到目前为止还没有人能以有效的方式制造出这种能量，将其商业化利用仍然是遥不可及的梦想。
可控核聚变反应条件异常苛刻。要想实现可控核聚变，需要把氘-氚混合气体(等离子体)的温度加热到上亿度, 以使原子核拥有足够的动能，克服巨大的库伦斥力，碰撞在一起，并且维持一定的等离子体密度足够的时间。但在如此高的温度下维持足够长的时间，普通的容器约束根本无法进行，对材料的要求也非常高；另外，商业化利用必须考虑能量的输入输出比，只有当发生反应输入的能量远小于输出的能量时，才有商用价值，而目前很多研究仍然处于起步阶段。
三、ITER虽进展缓慢，但不断取得进展
由于受控聚变的实现难度超乎寻常，且投入的人力物力巨大，超越了任何一个国家的承受能力。因此世界各国开始谋求共同研究，合作进行人类聚变能的开发，在美、苏首脑的倡议和国际原子能机构的赞同下，目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一——“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”开始实施。
该项目目前由欧洲和美日俄中韩印六国共同承建。根据2006年5月签署的协议，反应堆建在法国的卡达拉什，项目预计持续30年，前10年用于建设，后20年用于操作实验。这一项目总花费预计约为100亿美元，欧盟承担50％的费用，其余6方分别承担10％，超出预计总花费10％的费用将用于支付建设过程中由于物价等因素造成的预算超支。此外，参与各国完全平等地享有项目的所有科研成果和知识产权。
2007年，ITER国际组织正式成立，上层将热核聚变反应实验堆工程建设所需的设备和零件分解成不同的“采购包”，由7个成员各自承担相应份额的“采购包”生产任务。2010年，中国科技部成立了ITER中心，作为ITER计划的中方国内机构，同年，ITER相关建筑进入施工阶段。2015年12月，第一台设备部件交付ITER。由于国际合作的复杂性，2017年6月，ITER理事会再次确认了ITER组织提交的新建设进度表:2025年实现首个等离子体，比此前预定时间2020年推迟了5年；2035年实现氘-氚运行，比最初预期延后10年。2019年7月，ITER已完成65%的建设工作。
尽管ITER的进度明显慢于最初计划，但该项目依然在不断取得进展，且日本、俄罗斯和欧盟也在大力通过国内的力量如JT-60SA为推动这一合作。中国也从此次合作中积累了一定的经验，并于2017年开启了中国聚变工程试验堆（CFETR）计划，与ITER相辅相成。
四、欧美开启核聚变“战略支持+商业探索”双轨模式
（一）欧美在战略上支持核聚变发展
美国是核聚变强国，无论是在实验研究还是商业化上，都走在世界前列。2016年，美国能源部发布《聚变能科学战略框架》，确定核聚变的主要研究范畴，包括燃烧等离子体下的基本行为、燃烧等离子体下的壁材料研究，面向燃烧等离子体的高功率注入以及等离子体诊断。2018年12月，应美国能源部要求，美国国家科学院发布了《美国燃烧等离子体研究战略计划委员会的最终报告》，建议美国应继续参与和支持国际聚变发电项目——国际热核聚变实验堆（ITER），同时扩大和推进美国国内核聚变能源的研发工作。2019年3月，美国能源部为其在海内托卡马克配备开展的磁聚变能源科学项目拨款3000万美元。
欧盟将核聚变作为解决人类能源和环境问题的长期可持续发展途径之一来重点支持。2012年，欧洲制定聚变能源发展路线图，计划在2040年开始建设欧盟的核聚变示范堆（DEMO），并到2050年实现核聚变能商业化。针对该发展路线图，欧盟制定了详细的实施计划，并辅以充分的研究经费，以保障DEMO的顺利推进，其战略路线分为三个阶段，第一阶段是欧盟在地平线2020计划中提出的，在2014至2020年建设ITER及其扩建方案，确保ITER成功，为DEMO奠定基础；第二阶段是2021至2030年，充分开发ITER使其达到最高性能，并启动DEMO建设的准备工作；第三阶段是2031至2050年，完成ITER开发，建造及运行DEMO。
（二）英美通过商业化公司开发核聚变商用技术
2017年3月，美国Tri Alpha Energy 公司获得5亿美元融资，用来开发可商用的核聚变技术，以彻底取代化石能源。TAE研究的聚变能类型为，将氢原子加热到30亿摄氏度，会产生由自由电子和带电离子组成的等离子体。离子相互碰撞融合时会结合成新的原子，并释放大量能量。目前TAE已在反应堆设计上有突破，可让等离子体在长管型设备中碰撞产生热量，但与发生热核聚变所需的30亿摄氏度高温仍有很大差距。
2018年10月，英国商业、能源和工业战略部为英国原子能管理局和英国First Light Fusion公司合作开发的核聚变项目提供资金支持。该项目通过将聚变反应转化为热能以实现清洁能源生产，其关键在于建造一个将聚变能转化为热能并管理聚变电厂燃料供应的“聚变岛”。
在核聚变发展上，欧美目前仍然占据优势，尤其是欧美都出现了社会资本投入核聚变的研究，但中国目前还未出现。与现在的航天领域类似，社会资本的参与或许会为核聚变的研究注入新的动力，且能降低成本，加快推进核聚变在欧美的商业化应用。
作者丨汪家兴 张欢欢
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