为什么核聚变发电研究比核裂变滞后？
早在1919年前后，英国物理学家卢瑟福就发现了轻原子核的聚变反应。这一发现直接导致了10年后提出了太阳的能量来源于氢核聚变生成氦核的假说。相比之下，重核裂变反应直到1938年才发现，20世纪后期已经成为当今已得到广泛利用的核能（裂变核电站）的基础。而核聚变发电还处在试验阶段。那么为什么轻核聚变能的应用会比重核裂变滞后那么多呢？
这是因为重核裂变不仅是一种放能反应，而且是一种由中子触发的中子倍增反应（反应后中子数不是减少而是增多了）。反应一旦开始，新生成的中子就会继续轰击靶核产生更多的中子和能量（自持的放能反应）。我们要做的就是如何将这种能量最大限度地收集利用好，而无需对反应注入能量使其维持。我们只要控制好燃料棒的体积和发生作用的核反应截面，不使其反应过快导致不可控的核爆炸即可。
核聚变则不是这样。理论和实验研究表明，所有由中子触发的轻核聚变，要么是吸收中子的放能反应（反应后中子没了），要么是产生中子的吸能反应。因此，要使轻核聚变的产能反应能够实现，必须让两个裸露的原子核直接碰撞。原子核都是带正电的，它们之间要接近到能发生核反应的距离（10-15米），就必须克服强大的静电排斥力。计算表明，每个燃料核至少必须有15千电子伏的动能才能克服这种静电力。因此，这些燃料核都是以很热的等离子体状态存在的。所谓等离子体，是一种离子和电子各自呈自由状态但宏观上呈电中性的物质状态。这是自然界存在的与固态、液态和气态并列的第四种物质态。
问题是这种等离子体态如何能被约束住。这正是聚变难于裂变的地方。目前形成共识的途径有两条：磁约束聚变和惯性约束聚变。磁约束途径的重点是采用托卡马克方案，这是由俄国科学家发明的一种磁场位形。它的聚变反应区是一个轮胎状的环形真空室，在环周围箍上产生很强环向磁场的线圈，使等离子体能在高密度（每立方厘米里有1014个离子）、高温度（15千电子伏，相当于1.5亿摄氏度）状态下被约束在“磁笼”里足够长时间（150秒），获得充分的聚变反应机会。目前世界上由国际间合作建设的大型托卡马克装置叫“国际热核实验堆”，简称ITER。它建在法国南部的卡达拉奇，装置本体的大小有10层楼那么高，占地达400平方米。线圈全部由超导材料制成，满载聚变功率输出达700兆瓦，相当于秦山核电站一座裂变反应堆的发电能力。
惯性约束则是用强激光或高能强流粒子束来轰击压缩由聚变燃料制成的靶丸，把物质在10-9秒内压缩到足够紧密（每立方厘米里有1023个离子）和高温，发生聚变反应，因此称为惯性约束。目前惯性约束的主要压缩手段是强激光。位于美国加州利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）用192路激光束对直径仅2.22毫米的氘氚靶丸进行轰击，希望实现聚变能量输出。2010年10月首次进行了1兆焦的激光发射，2012年3月又实现了2.03兆焦的发射，向着实现可控核聚变更近了一步。（王文浩）
【知识点】中国的核聚变
中国在聚变领域的研究步伐一直走在世界的前列。在磁约束聚变领域有两大研究装置EAST和HL-2A，分别位于合肥和成都。它们在长脉冲运行和高约束模运行方面均达到国际先进水平。在惯性约束方面，上海的神光II激光系统已成功实现120万亿瓦/36飞秒的峰值功率输出，使中国在该领域获得了可与发达国家比肩的国际地位。
【本文关键词】核聚变 托卡马克
