現在人類科學家可以制造壹臺機器，在地球上復制太陽內部發生的事情，只不過沒有太陽那麽大的規模。理論上，科學家們只需在壹端註入氫氣，將其原子聚合在壹起，然後從另壹端回收氦就可以達成目標。在這個過程中，這個機器會產生大量的熱能，我們可以用這些熱能來驅動任何東西，就像傳統的發電廠壹樣。沒有汙染，沒有二氧化碳，也沒有致命的核廢料，核聚變能源將是清潔而又安全的。
大自然給予了人類很多，但是給我們的考驗更多，現在，我們有很多不同的方法來制造所需的能源，比如石油，天然氣，煤炭，風能，太陽能，水力，垃圾焚燒和生物能量等等。有這麽多種能量還要核聚變有什麽用呢？很現實，人類靠山吃山靠水吃水的日子不會太久了，未來幾十年，地球會給人類出壹系列現實問題。
世界人口在增加，預計到2050年將從現在的大約75億人口增加到100億人口左右。同時，發展中國家的人口目前使用的能源很少，隨著他們生活水平的提高，在未來他們會使用更多的能源。據估計，到2050年，世界需要的能源是現在需求能源的2-3倍。目前，我們80%的能源來自石油、天然氣和煤炭等化石燃料，然而這些燃料供應有限，尤其是石油和天然氣正迅速枯竭。
另外當我們燃燒使用化石能源時，它們會產生二氧化碳氣體。這會導致氣候變化，最終我們的星球會面臨全球性火災，海平面上漲，火山問題等等。利用太陽能、風能、海洋和其他能源制造的可再生能源是解決這些問題的壹個辦法，但目前這些方法的效率不夠高，無法產生足夠大的影響，舉個例子，數千個風力渦輪機的發電量只相當於壹個燃煤發電廠。換句話說，如果我們能建造出和燃煤發電廠壹樣甚至更高效率的核聚變電站，還沒有環境問題，我們就能永遠解決地球的能源問題。
那麽我們如何在地球上實現核聚變反應並將其大規模商用呢？夢想正在壹步壹步實現，目前最好的方法是使用比普通氫原子稍重的其他氫同位素，它們擁有不同的原子形式。大多數核聚變實驗的基礎是將氘和tri轉化為氦，當兩個不穩定的原子重新排列成壹個穩定的原子時，會釋放出大量的能量。這聽起來很簡單，但是做起來非常非常困難。
因為要使兩個原子融合，妳必須讓原子核足夠靠近，問題是，每個原子的原子核都有壹個相對較大的正電荷，原子核離得越近所需的能量就越大。通過庫倫定律我們知道，兩個原子核之間距離每減去二分之壹，就會增加四倍能量，這就意味著科學家們必須使用大量的能量才能使原子聚合在壹起。
核聚變研究是世界上最昂貴的研究之壹，通俗的講就是連電費都付不起，也造不起托卡馬克裝置……不過壹切總會改變，核聚變對於未來能源來說實在太重要了，未來的核聚變能源不只可以幫助地球人類解決能源問題，利用核聚變，人類甚至可以大步向太空進發，這將幫助人類成為多星球物種。現在，超高速計算、材料科學、超級計算機建模和仿真技術的進步正在幫助打破核聚變難以逾越的技術障礙，大量人才和預算也正在流入該領域。壹些新的核聚變項目正在利用最新壹代的超級計算機來更好地理解和控制超高溫等離子體的行為。
整天夢想新能源可不行，科學家們都是實幹家，科學正在不斷進步，核聚變領域科學也不是單壹的科學，目前科學家們正在追求核聚變科學與其他領域科學***同發展，這對於商業化核聚變能源有很重要的意義。全球國家或者個人投資者都在努力以早日實現核聚變，不過縱觀所有核聚變實驗，核聚變設施等，可以把地球上的核聚變實驗歸類為三種主要方法，這三種方法其實更像是三個方向，這將是人類實現可控核聚變的關鍵。
說到核聚變，大家首先就會想到托卡馬克裝置，強大的電磁場會把超高溫等離子體限制在托卡馬克的圓環形結構內，也就是說科學家們可以給托卡馬克通電，然後托卡馬克外圈可以利用磁力來控制核聚變所需的超高溫等離子體，在超高溫等離子體中，氫原子核會聚合形成氦。自20世紀60年代以來，人類已經建造了200多個功能性托卡馬克，托卡馬克設施是目前實現核聚變的主流，全世界很多國家或者機構都資助了托卡馬克設施。
目前現存最大的托卡馬克設施就是位於英國的JET托卡馬克，自1983年開始運營以來，JET在核聚變科學和工程領域取得了重大進展，它的成功促成了第壹臺商業規模核聚變裝置ITER的建造。近年來，科學家們利用JET進行了許多重要的工作，以協助下壹代ITER的設計和建造，該項目正在法國建造。經過30多年的成功運營，JET為人類聚變研究提供了許多知識。
現在在法國南部，有35個國家正在合作建造世界上有史以來最大的托卡馬克裝置，它的名字也叫作國際熱核實驗堆ITER，ITER將是第壹個長時間保持核聚變效果的裝置，這也許是人類在最近幾年最接近核聚變成果的時刻。另外，ITER還需要測試商業核聚變所必需的集成技術，材料和物理機制，這將是第壹次大規模嘗試。
托卡馬克裝置是有了，相關的技術也不能停滯不前，目前托卡馬克可控核聚變實驗的難點就在這些等離子體身上，這些等離子體的行為很難控制。剛才說到必須要克服原子核的正電荷斥力才能讓原子核聚合在壹起，而這實際上只能通過非常高的溫度才能實現。
為了讓氫原子核融合，科學家們需要找到方法來克服正電荷離子的斥力，最後科學家們利用托卡馬克把太陽核心溫度（約1500萬攝氏度）提高幾個數量級，以至於物質只能以等離子體狀態存在，在這種狀態下，電子會脫離原子核，更方便其融合。不過等離子體是出了名的“調皮”，它非常不穩定且難以控制。在托卡馬克實驗期間，科學家們發現這些等離子體會飄到能量場邊緣，在那裏它會迅速消散。核聚變的大部分問題都圍繞著等離子體：如何加熱和控制等離子體，讓它們乖乖聚合。
如此高的溫度，托卡馬克反應室的壁是不是會融化呢，那麽這些實驗等離子體就會暴露在外部環境，因此，對於托卡馬克來說安全性非常重要。另外建造托卡馬克的材料不僅不能熔化，還需要在高溫下具有足夠低的蒸汽壓，以避免汙染等離子體。條條大路通羅馬，其實我們壹直提到的托卡馬克的原理是磁約束等離子機制，科學家們還有新的方法，名為慣性約束聚變。
長期以來，科學家們壹直認為，在創造穩定且能量密集的等離子體場時，其規模是越大越好。但隨著超級計算機和復雜建模技術的不斷發展，科學家們正在解開更多有關等離子體行為的謎團，並開發出在沒有托卡馬克情況下分析等離子體行為的新方法。
德克薩斯大學聚變研究所的物理學家Wendell Horton使用了Stamped超級計算機來模擬托卡馬克內等離子體的行為。“我們的計算規模不斷擴大，數據不斷增加，我們還在三維和時間上對等離子體數據進行建模。現在我們的數據比托卡馬克探針系統所得到的數據還要準確詳細，這些數據可以幫助我們更好的改進實體托卡馬克裝置。”Wendell Horton說到。
超級計算機的數據結果為不同規模的托卡馬克設計提供了依據，這其實就是復雜建模技術，科學家們們現在甚至可以模擬30億光年範圍內宇宙中的所有物質，更不用說模擬等離子體的行為了。不光是模擬等離子體，美國壹家名為TAE的公司利用超級計算機數據設計了壹種托卡馬克裝置，他們的設計是利用磁場反轉結構來產生壹個漩渦狀的等離子體環，他們設計的托卡馬克沒有使用氘和tri，而是向氫硼燃料中註入高能中性氫粒子束，迫使其反應並產生電離氦核。
產生的熱量將通過傳統的熱轉換系統轉換成電能，這樣的話壹個完整的核聚變反應設施就完成了。另外氫硼燃料這意味著初級反應不會產生破壞性的中子輻射，不過缺點是這種設施需要非常高的溫度，大約需要30億攝氏度。TAE還與Google合作，采用了壹種核聚變人工智能模型算法來分析等離子體行為數據，並將這些變量組合起來，為核聚變環境創造最理想的條件。
超級計算機，人工智能以及數據模型幫了科學家很大的忙，接下來我們說到的第三種方法叫做磁化靶核聚變技術，這個方法也與超級計算機息息相關。它工作的原理就是將脈沖磁約束等離子體燃料註入到壹個充滿熔融鉛鋰混合材料的球體中，圍繞在反應堆周圍的活塞結構會讓沖擊波轟擊中心，壓縮燃料，迫使粒子發生聚變反應，由此產生的熱量可以被液態金屬吸收，並被用來產生蒸汽，使渦輪機旋轉並發電。
其實第三種方法和磁約束托卡馬克設施的工作原理正好相反，因為托卡馬克的實驗環境是壹個相對低密度的較大的等離子體能量場，而這種方法是想要制造出壹個密度極高的小尺寸等離子體，然後用沖擊波轟擊。因為磁場非常密集而且很小，所以核聚變哪怕只能維持壹毫秒也能有能量反應。這其實不是新方法，在上世紀70年代，美國海軍研究實驗室想用這種機制觸發核聚變，但是實驗失敗了，很大程度上是當時他們無法精確控制沖擊波的時間。而現在，加拿大溫哥華的壹家公司已經開發出新算法和高度精確的控制系統來微調沖擊波的速度和時間。
對於核聚變，有壹種說法是“核聚變的夢想有多長，笑話持續的時間就有多長”，其實想要實現核聚變確實很難，但是正因如此才值得全世界科學家和科學機構的***同努力。從1958年第壹個托卡馬克的誕生開始，人類就壹直在進行核聚變方面的研究，現在我們看到的核聚變研究正在從局部區域化轉變，未來全球***研將是主流，ITER就是最好的事例，去年，ITER的研發工作也已經超過了三分之二，這是不錯的進度。
氣候問題，人口問題，資源問題等等，我在思考這是地球給人類出的難題還是人類自作自受，不過可以確定的是，想要解決所有問題，這兩個方法非常重要，壹是實現商用核聚變，二是實現多星球文明，未來的人類不會只在地球生活。其實我總在想，什麽是未來科學，什麽是能夠影響未來人類的科學，思來想去，核聚變確實是未來人類科學前進舉足輕重的壹個領域。
托卡馬克不止壹個，人類實現核聚變的方法也不止壹種。無限清潔能源，這個理由足以讓全人類***同協作開發，從這裏我也看到了科學合作的重要性，未來也會有更多國家加入到核聚變研究行列。時間擁有記憶，本文將與妳我***同期待商用核聚變的到來。
這是美國宇航局設計的核裂變核聚變結合使用的推進器，該系統能達到15kw/kg和30000秒的ISP。該推進器核聚變方面的設計主要集中在磁約束聚變和慣性約束聚變上，而磁約束聚變包含低密度穩態等離子體。裂變過程加熱聚變等離子體，增加聚變反應速率，然後聚變產物加強了裂變反應，這些過程可以相互促進其反應速度