核聚变技术原理与现状

    核聚变是指轻原子核结合成较重原子核时释放巨大能量的过程，这种反应正是太阳和恒星的能量来源。与当前核电站使用的核裂变技术不同，聚变反应不会产生长寿命放射性废物，且燃料来源近乎无限——氘可以从海水中提取，氚可以通过锂再生。目前全球主要采用托卡马克装置实现磁约束聚变，通过超导磁体将高温等离子体约束在环形真空室中。2022年12月，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室首次实现净能量增益的惯性约束聚变突破，标志着人类向"人造太阳"迈出关键一步。

国际热核聚变实验堆(ITER)计划

    作为全球规模最大的国际合作科研项目之一，ITER由35个国家共同建造，其托卡马克装置重达2.3万吨，相当于3个埃菲尔铁塔的重量。该项目旨在证明聚变能发电的科学可行性，设计功率输出达500兆瓦，是输入功率的10倍。目前ITER已完成75%建设，计划2025年首次等离子体放电。中国承担了约9%的采购包任务，在超导技术、包层模块等关键领域取得突破。值得注意的是，中国自主设计的CFETR（中国聚变工程实验堆）计划在2035年建成，将填补ITER与商业示范堆之间的技术空白。

关键技术挑战与创新突破

    实现持续可控的核聚变面临三大科学挑战：1亿度高温等离子体稳定约束、材料耐受中子辐照、氚燃料自持循环。近年来，高温超导磁体技术将磁场强度提升至20特斯拉以上，使得更紧凑的球形托卡马克成为可能。钨铜复合材料和液态锂包层设计可解决第一壁材料损伤问题。在氚增殖方面，中国在HCCB包层测试中已实现氚增殖比TBR>1.1的突破。私营企业如Commonwealth Fusion Systems采用REBCO超导带材，将传统托卡马克体积缩小40倍，大幅降低建造成本。

商业应用前景与能源革命

    根据国际原子能机构预测，全球首座示范聚变电站有望在2040年前并网发电。聚变能商业化将带来三大变革：基荷电力成本降至50美元/兆瓦时以下，海水淡化等衍生应用蓬勃发展，太空探索获得持久能源支持。高盛研究报告显示，核聚变投资规模从2021年的20亿美元激增至2023年的48亿美元，微软已与Helion Energy签订首份聚变电力采购协议。中国"十四五"规划将聚变列为前沿领域，在四川成都建设环流器二号M装置，实现等离子体电流1兆安培的里程碑。

社会影响与可持续发展

    核聚变能源普及将重塑全球能源格局，预计到2060年可满足30%的电力需求，每年减少100亿吨二氧化碳排放。对于发展中国家，模块化聚变堆可解决能源贫困问题，非洲联盟已启动"沙漠之光"聚变研究计划。在民生领域，聚变余热可用于区域供暖，产生的同位素在癌症治疗中具有重要价值。教育方面，全球已有87所高校开设聚变工程专业，中国科技大学"磁约束聚变人才班"培养的工程师正参与ITER关键部件研发。这项技术突破将推动材料科学、超导技术、人工智能控制等20多个领域的协同发展。