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我们比以往任何时候都更接近无限清洁能源

普林斯顿等离子体物理实验室

聚变能源代表了能源生产的一个新时代。聚变反应堆产生微型太阳，我们可以从中汲取足够的能量来为150000户家庭供电。政府机构和私营企业都在不懈地努力使这一目标成为现实。

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?几个世纪以来，人类一直梦想着利用太阳的力量来满足我们在地球上的生活。但是我们想超越太阳的范围，总有一天我们会利用微型太阳产生自己的能量。如果我们能够解决一系列极其复杂的科学和工程问题，核聚变能源将成为绿色、安全、无限制的能源。每天从水中提取一公斤重的氘，就能为数十万户家庭提供足够的电力。

自20世纪50年代以来，科学和工程研究在迫使氢原子以一种自我维持的融合反应，怀疑论者和支持者都指出了两个最重要的挑战：长期维持反应和设计一种材料结构来利用聚变动力发电。

作为普林斯顿等离子体物理实验室的核聚变研究人员，我们知道，实际上，第一座商用聚变发电厂至少还有25年的时间。但在本世纪后半叶，它带来的巨大好处意味着我们必须继续努力。核聚变可行性的主要演示可以提前完成，这样才能将核聚变动力纳入我们能源未来的规划中。

与太阳能、天然气和核裂变等其他发电形式不同，核聚变不可能发展成微型，然后简单地扩大规模。实验步骤很大，建造起来是很需要时间的。但是，丰富、清洁的能源问题将是下个世纪及以后人类的一个重大要求。不充分开发这种最有前途的能源是鲁莽的。

为什么是聚变力量？

在两种水同位素中加入热量会导致熔融。美国安全项目

在核聚变中，氢原子的两个原子核(氘和氚同位素)融合在一起。这是比较困难的：两个原子核都带正电，因此互相排斥。只有当它们碰撞时移动得非常快，它们才会粉碎，融合，从而释放我们所追求的能量。

这在阳光下自然发生。在地球上，我们使用强大的磁铁来容纳带电的氘和氚原子核和电子组成的极热气体。这种热的带电气体叫做等离子体。

等离子体太热了--超过一亿摄氏度--带正电的原子核移动得足够快，足以克服它们的电斥力和熔合。当原子核融合时，它们形成两个高能粒子--一个α粒子(氦原子的原子核)和一个中子。

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?将等离子体加热到如此高的温度需要大量的能量--在开始核聚变之前，必须将这些能量放入反应堆。但是一旦它开始运行，聚变就有可能产生足够的能量来维持它自身的热量，使我们能够把多余的热量转化为可用的电力。

聚变动力的燃料是丰富的。氘在水中是丰富的，反应堆本身可以从锂中产生氚。而且它也适用于所有国家。

聚变能量是干净的。它不排放温室气体，只产生氦和中子。

这是安全的。不可能出现失控的反应，比如核裂变“熔毁”。相反，如果有任何故障，等离子体冷却，聚变反应停止。

几十年来，所有这些特性都激发了研究的积极性，而且随着时间的推移，这些特性变得更加吸引人。但是，融合的重大科学挑战也与这些积极因素相匹配。

迄今取得的进展

核聚变的进展可以用两种方法来衡量。首先是对高温等离子体的基本认识有了巨大的进步.。科学家们必须发展出一个新的物理学领域--等离子体物理学--来设想将等离子体限制在强磁场中的方法，然后进化出加热、稳定、控制湍流和测量超热等离子体特性的能力。

相关技术也取得了巨大进展。我们已经把磁铁的前沿，电磁波源和粒子束，来容纳和加热等离子体。我们还开发了一些技术，使材料能够承受当前实验中等离子体的强烈热量。

很容易传达跟踪融合走向商业化的实际指标。其中最主要的是实验室产生的聚变功率：在20世纪70年代，聚变发电从毫瓦级上升到10兆瓦(普林斯顿等离子体物理实验室)和16兆瓦/秒(在英国联合欧洲托拉斯)。

研究的新篇章

现在，国际科学界正在法国联合建设一个大规模的核聚变研究设施。这座核电站名为ITER，一次将产生大约500兆瓦的热熔功率，每次约8分钟。如果这种电力被转换成电力，它可以为大约150000户家庭供电。作为一个实验，它将使我们能够测试关键的科学和工程问题，为将持续运行的聚变发电厂做好准备。

ITER采用的设计称为“托卡马克”(Tokamak)，最初是俄文缩写。它包括一个甜甜圈状的等离子体，限制在一个非常强的磁场，这部分是由电流在等离子体本身流动。

虽然ITER是作为一个研究项目设计的，并不打算成为电能的净生产者，但它将产生比加热等离子体所需的50兆瓦的10倍多的聚变能量。这是一个巨大的科学步骤，创造了第一个“燃烧的等离子体”，其中用于加热等离子体的大部分能量来自聚变反应本身。

ITER得到了占世界一半人口的政府的支持：欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国等国家。这是一个关于聚变能源的需求和承诺的强有力的国际声明。