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摘要：一个叫做Wendelstein7-X的聚变反应堆内的氢等离子体（？这种热的带电气体被称为等离子体。聚变电源是清洁的。相反，如果出现任何故障，等离子体冷却，聚变反应停止。但是正的结果与聚变的重大科学挑战相吻合。进展到目前为止聚变的进展可以用两个单位来衡量天。虽然它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，ITER产生的聚变能量是加热等离子体所需的50兆瓦的10倍。通往聚变之路的第二个组成部分是开发增强聚变吸引力的想法。
这篇文章最初是在对话会上发表的。这篇文章为《生命科学》的专家之声贡献了这篇文章：评论与见解。
几个世纪，人类梦想着利用太阳的能量来给我们在地球上的生活注入能量。但我们想超越收集太阳能的范畴，有一天，我们可以从一个迷你太阳中产生自己的能量。如果我们能够解决一系列极其复杂的科学和工程问题，聚变能源有望成为一种绿色、安全、无限制的能源。每天从水中提取的氘只要一公斤，就可以产生足够的电力，为成千上万的家庭提供电力，科学和工程研究在迫使氢原子在一个自我维持的反应中融合在一起方面取得了巨大进展，同时也产生了少量但可以证明的聚变能量。怀疑论者和支持者都注意到了两个最重要的挑战：长时间保持反应，设计一种材料结构来利用聚变能量发电。
作为普林斯顿等离子体物理实验室的聚变研究人员，我们实际知道，第一座商用核聚变发电厂至少还有25年的时间。但它的巨大利益可能在本世纪下半叶实现，这意味着我们必须继续努力。聚变可行性的主要论证可以提前完成，而且必须提前完成，这样聚变能才能被纳入我们未来能源的规划中。
不同于其他形式的发电，如太阳能、天然气和核裂变，聚变不能发展成微型，然后简单地扩大规模。实验步骤很大，需要时间来构建。但是，丰富、清洁的能源问题将是下个世纪乃至以后人类面临的一个重大问题。如果不充分开发这种最有前途的能源，那就太鲁莽了。
为什么要使用聚变能源在聚变中，氢原子的两个核（氘和氚同位素）融合在一起。这相对来说比较困难：两个核都带正电荷，因此相互排斥。只有当它们在碰撞时移动得非常快，它们才会碰撞在一起，融合，从而释放我们所追求的能量。这在太阳中自然发生。在地球上，我们使用强大的磁铁来容纳带电的氘、氚原子核和电子的极热气体。这种热的带电气体被称为等离子体。
等离子体是如此的热——超过1亿摄氏度——以至于带正电的原子核移动得足够快，足以克服它们的电排斥和熔合。当原子核融合时，它们形成两个高能粒子-一个α粒子（氦原子的核）和一个中子。
将等离子体加热到如此高的温度需要大量的能量-这些能量必须在融合开始前放入反应堆。但核聚变一旦开始，就有可能产生足够的能量来维持自身的热量，使我们能够把多余的热量抽走，变成可用的电能。
核聚变燃料在自然界中是丰富的。氘在水中含量丰富，反应堆本身可以从锂中制造氚。而且它可以供所有国家使用，大多独立于当地自然资源。
聚变电源是清洁的。它不排放温室气体，只产生氦和中子。
是安全的。不可能发生失控的反应，比如核裂变“熔毁”。相反，如果出现任何故障，等离子体冷却，聚变反应停止。
所有这些属性已经激励了几十年的研究，并且随着时间的推移变得更加有吸引力。但是正的结果与聚变的重大科学挑战相吻合。
进展到目前为止聚变的进展可以用两个单位来衡量天。首先是对高温等离子体基本认识的巨大进步。科学家们不得不发展一个新的物理学领域——等离子体物理学——来构思将等离子体限制在强磁场中的 ... ，然后发展出加热、稳定、控制湍流和测量超高温等离子体特性的能力。
相关技术也取得了巨大进展。我们已经推动了磁铁、电磁波源和粒子束的前沿，以控制和加热等离子体。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。
很容易传达跟踪聚变走向商业化的实用指标。其中最主要的是实验室产生的聚变功率：聚变功率从1970年代的毫瓦微秒上升到1990年代的10兆瓦（在普林斯顿等离子体物理实验室）和16兆瓦每秒（在英国的欧洲联合环面）研究
目前国际科学界正在团结一致，在法国建设一个大规模的聚变研究设施。这座名为ITER（拉丁语“the way”）的核电站一次将产生约500兆瓦的热核聚变功率，持续约8分钟。如果把这种电力转换成电能，它可以为大约15万户家庭供电。作为一项实验，它将使我们能够测试关键的科学和工程问题，为核聚变发电厂的持续运行做准备。
ITER采用了被称为“托卡马克”的设计，最初是俄罗斯的缩写。它包括一个环形等离子体，被限制在一个非常强的磁场中，部分是由等离子体本身的电流产生的。
虽然它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，ITER产生的聚变能量是加热等离子体所需的50兆瓦的10倍。这是一个巨大的科学进步，创造了第一个“燃烧等离子体”，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得到了代表世界一半人口的 ... 的支持：中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯，韩国和美国对聚变能源的需求和前景发表了强有力的国际声明。
的前进之路从这里开始，剩下的通往聚变能源的道路有两个组成部分。首先，我们必须继续研究托卡马克。这意味着推进物理学和工程学的发展，以便我们能够一次将等离子体维持在稳定状态几个月。我们需要开发出能够长期承受相当于太阳表面热流五分之一的热量的材料。我们必须开发覆盖反应堆堆芯的材料，以吸收中子并繁殖氚。
通往聚变之路的第二个组成部分是开发增强聚变吸引力的想法。四个这样的想法是：
1）利用计算机，在物理和工程的限制下优化聚变反应堆的设计。除了人类能计算的之外，这些优化设计产生的扭曲甜甜圈形状非常稳定，可以连续几个月自动运行。他们在核聚变领域被称为“恒星制造者”，
2）开发新的高温超导磁体，这种磁体可以比现在最好的强，也可以小。这将使我们能够建造更小、可能更便宜的聚变反应堆。
3）使用液态金属而不是固体作为等离子体周围的材料。液态金属不会破裂，这为解决周围物质在接触等离子体时的行为所面临的巨大挑战提供了一个可能的解决方案。
4）构建了一个包含环形等离子体的系统，其中心没有孔，形成一个几乎像球体的等离子体。其中一些 ... 还可以在弱磁场下起作用。这些“紧凑的tori”和“低场” ... 也提供了缩小尺寸和降低成本的可能性。
... 资助的研究计划正在世界各地进行这两个组成部分的研究，并将产生有益于所有聚变能 ... 的发现（以及我们对宇宙中等离子体的理解以及工业）。在过去的10到15年中，私人投资公司也加入了这一行列，特别是在寻求紧凑型的tori和低场突破方面。进步即将到来，它将带来丰富、清洁、安全的能源。
Stewart Prager，天体物理学教授，普林斯顿大学普林斯顿等离子体物理实验室前主任，普林斯顿等离子体物理实验室研究副主任Michael C.Zarnstorff，普林斯顿大学
这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“
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