核聚变反应与太阳和其他恒星释放能量的原理相同，因此被科学界称为“小太阳”，也被喻为能源领域的“圣杯”（holy grail）。具体来说，就是两个较轻的原子（例如氘和氚）结合成较重的原子核（例如氦）和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式，在这个过程中会释放出巨大的能量。
氢弹就是一种不可控的核聚变，会产生恐怖的破坏力，想通过核聚变产生人类可用的能源，就必须要实现可控核聚变。目前主要有三种形式的可控核聚变：重力场约束核聚变，激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变，其中后两种形式为主流。惯性约束聚变（ICF）是实现受控核聚变的途径之一, 它是通过内爆对热核燃料进行压缩, 使其达到高温高密度，在内爆运动过程中惯性约束下实验热核点火和燃烧，从而获取聚变能的方法。激光聚变是用激光作为驱动源的，因而也成为激光约束聚变。此次，劳伦斯利弗莫尔国家实验室宣布取得新突破的国家点火装置(NIF) 就是其采用“惯性约束路线”制造的，总共耗费35 亿美元，是世界上最大的激光器。
核聚变的另一个技术路线是磁约束聚变，也称为“托卡马克核聚变”。磁约束核聚变，就是用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。该路线的主攻方向之一是采用是托卡马克（Tokamak）装置。这是一种环形容器，用磁场形成一个“磁笼”将等离子体束缚住，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，实现受控核聚变。除了托卡马克反应堆，仿星器也是一种磁约束装置，不过仿星器在等离子体的密度与温度上比托卡马克相比有不小的差距，所以仿星器在并没有成为主流。世界科技领先国家和地区已重视起可控核聚变对人类的战略意义，均为可控核聚变的研究投入了大量人力物力，也获得了一系列重要成果。根据国际原子能机构数据，截至2022 年年底，全世界约有130 个国有或私营实验性聚变装置，其中90 个正在运行，12个在建，28 个处于计划中。欧盟、美国、中国在核聚变研究中各有所长，相较而言，托卡马克技术比“惯性约束聚变”的技术应用更加广泛。（1）欧盟：最早攻克大型托卡马克装置，领头开发其它概念的磁约束装置；1984 年，由欧洲多国共同合作建造的欧洲联合环状反应堆（JointEuropean Torus，JET）宣布建成。根据维基百科，JET 成为当时世界上最大的托卡马克聚变装置，目前仍保持聚变能量增益因子（Q 值）的世界纪录（Q=0.67）。1991年首个包含氚的实验完成，使 JET 成为世界首个使用 50–50 的氚和氘混合生产燃料运行的反应堆。1997 年性能改良后的 JET 创下了最接近科学盈亏平衡的记录，达到Q = 0.67。除此之外，欧洲各国都拥有先进的托卡马克装置，包括德国的的ASDEXU、意大利的FTU、英国的MAST、法国的WEST 等。（2）美国：最活跃的核聚变研究国之一，兼顾两种主流核聚变方式；1982 年，普林斯顿大学等离子体物理实验室宣布美国首款托卡马克聚变试验反应堆 （TFTR）建成投入使用。TFTR 紧随JET 取得聚变功率输出，聚变能量增益因子（Q 值）达0.28。随后美国通用原子能公司发布尺寸较小、更灵活的DIII-D 装置，并完成了更多的先进托卡马克装置实验研究。2009年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）启用，最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器，随后被用于推进核聚变的研究。2016 年10 月，美国麻省理工学院在阿尔卡特（Alcator）C-Mod Alcator C-Mod创造了磁约束聚变装置体积平均等离子体压强的世界纪录（2.05 个大气压），等离子体压强首次超过了两个大气压，其中等离子体每秒发生300 万亿次聚变反应。2019 年11 月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的等离子体线性实验（PLX），结合了磁约束和惯性约束两种主流核聚变方式的优势，对制造出核聚变能量，提升其生产效率具备实用价值。中国最先进的托卡马克装置为中科院等离子体物理研究所的“东方超环”EAST 和中核工业西南物理研究院的环流器二号HL-2M。“东方超环”EAST于2006 年正式建成，成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。“东方超环”近年来屡次创造世界纪录，今年4月12日，其实现了高功率稳定的403 秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。HL-2M 现用于核聚变研究，特别是研究从等离子体中提取热量。根据XHS报道，2022 年10 月21 日我国新一代“人造太阳”HL-2M“托卡马克”装置取得突破性进展，等离子体电流突破1 兆安培，距离可控核聚变点火又近了一步，可在此基础上常规开展前沿科学研究。在激光惯性约束方面，神光二号是我国2002 年成功研制的大型激光装置，建在中科院上海光机所，由成百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内，可十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率，从而释放出极端压力和高温。神光二号核聚变试验同本次突破的NIF 采用同样的技术路线，未来有望进一步提高激光能量。
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