【十年至二十年的時間，核融合作為人類社會能源的明天即將到來】
中科院張傑院士在未來科學大獎周活動上，接受記者采訪時說：現在可以負責任地說，不管是磁局限融合還是雷射核融合研究，都已經走到門檻兒了。門檻兒的意思就是輸出能量已經接近於輸入能量，未來的共同目標是要達到輸出能量為輸入能量的10倍、100倍。
如果達到100倍的話，離核融合電站就很近了。我覺得在時間上可以用「十年」為單位來計數了，比如十年、二十年的時間，核融合作為人類社會能源的明天即將到來。
核融合實驗裝置
【融合能與受控核融合】
融合能是氫的兩個同位素——氘和氚發生融合反應所釋放出的巨大能量。
核融合的機理
太陽是一個主要由氫元素和氦元素組成的巨大電漿球，太陽內部每時每刻都在發生核融合。這是由於太陽巨大品質向中心不斷施壓，在核心處形成約3000億個大氣壓的高壓和1500萬K的高溫，高溫高壓便點燃了核融合。核融合點燃後，巨大的放射線壓會向外圍擴張產生巨大張力，當這個張力正好抵禦住太陽品質的重力，重力壓和放射線壓就取得了一個平衡。這種平衡可以維持太陽持續核融合長達100年。
太陽內部每時每刻都在發生核融合
1951年5月12日，美國在埃尼威托克島上引爆了人類第一次核融合，爆炸釋放的能量是廣島和長崎原子彈的數百倍。1966年12月8日，中國第一次核融合在中國西部地區新疆羅布泊爆炸成功。這是中美兩國嘗試釋放融合能的兩次試驗。
核融合爆炸形成的蘑菇雲
隨著全球暖化，找到可以替代化石能源的未來能源迫在眉睫。融合能，就是未來的清潔、高效、安全的終極能源之一。核融合反應，釋放能量的效率非常高，核融合的效率比化石能源的效率高了1000萬倍。海水中蘊藏著大約40萬億噸氘，一升水能夠提煉0.03克的氘，其發生融合反應釋放的能量相當於燃燒300升汽油。1立方公裡海水中的氘氚融合反應所釋放出的能量，就相當於全球石油儲量燃燒的能量。因此，融合能原料幾乎取之不盡，用之不竭。
但是，要將核融合能變成電能，就必須像太陽一樣產生持續的核融合。形象地說，就是要在地球上造一個「小太陽」。另外，還必須保證不會引起爆炸，從而將產生的熱能輸出，轉變成電能。這個過程就是受控核融合。
受控核融合示意圖
受控核融合需要產生效能可控的超短脈沖高能電子束，使其定向沈積在高密度的氘、氚燃料中，迅速提高壓縮燃料的溫度，觸發融合反應。當融合反應產生的能量大於輸入能量的話，就叫做點火。根據點火方式的不同，又可將受控核融合分為磁約束核融合和雷射核融合兩種。
核融合反應示意圖
【雷射核融合】
雷射核融合又叫做慣性約束核融合，其利用高能量、高強度的雷射對融合材料，如氘、氚進行加熱，實作可控的核融合用以獲得巨大的能量。
雷射核融合快點火方案中有一個非常重要的物理過程，需要使用超短脈沖的高能電子束攜帶能量到高密度電漿中實作點火。早在1997年，張傑就提出了雙錐對撞點火的新型雷射融合方案雛形。快速點火方案將燃料點火與壓縮分開，使這兩個過程可以獨立最佳化，同時避免不穩定性。
雷射核融合原理圖
真正的大能量驗證實驗始於2018年。在中國自主研制的大型雷射裝置——神光二號升級雷射裝置上，2018年至今，張傑團隊已經做了6輪驗證實驗，透過1萬焦耳雷射實驗證實了該方案中分解物理過程的可行性。 2026年之前，團隊將完成一共18輪驗證實驗。
神光二號雷射裝置
【磁約束核融合】
磁局限融合是指利用圍成一圈的線圈通電所產生的強大環形磁場把氘、氚等輕原子核和自由電子組成的、處於熱核反應狀態的超高溫電漿約束在有限的體積內，使它受控制地發生大量的原子核融合反應，釋放出能量。
中國全超導托卡馬克核融合裝置EAST
盡管科學家對受控核融合的原理已經十分清楚了，但是要在地球上造出人造太陽來卻非常困難。這是因為太陽核心的壓力高達3000億個大氣壓，溫度只要1500萬度就能夠維持核融合。在地球上，根本不可能實作這麽高的大氣壓，這就要求將溫度提高到1億度或以上，其難度是可想而知的。
在這場未來「無盡能源」的創造活動中，中國的全超導托卡馬克核融合實驗裝置EAST分別實作了100萬安培、1.6億度、1056秒等條件下的電漿執行。已經完全達到預定目標，部份指標領先全球。
托卡馬克磁約束核融合示意圖
【未來的展望】
融合能發電一般要經歷實驗堆、示範堆和商用發電堆三個階段。目前，中美俄英日韓歐盟都處於實驗堆階段。其中，中美兩國在技術上領先其它各國。
已有中科院專家表示，即將開啟核融合發電站的工程設計。這就意謂著，籌建示範堆驗證階段將與設計商用核電廠同步進行。正如張傑院士預測的，融合能作為人類社會能源的明天可能就在未來的十年、二十年的時間了。
