核聚变是两个轻原子核结合形成一个较重的原子核同时释放大量能量的过程。
聚变反应发生在一种称为等离子体的物质状态下——一种由正离子和自由移动的电子组成的热带电气体，具有不同于固体、液体或气体的独特特性。
太阳以及所有其他恒星都由这种反应提供动力。为了在我们的太阳中融合，原子核需要在极高的温度下相互碰撞，大约一千万摄氏度。高温为它们提供了足够的能量来克服它们之间的相互排斥。一旦原子核进入彼此非常接近的范围内，它们之间的吸引力核力将超过电排斥并允许它们融合。为此，原子核必须被限制在一个小空间内以增加碰撞的机会。在太阳中，其巨大引力产生的极端压力为聚变创造了条件。
科学家们为什么要研究聚变能?
自从核聚变理论在 1930 年代被理解以来，科学家——以及越来越多的工程师——一直在寻求重新创造和利用它。这是因为如果核聚变可以在地球上以工业规模复制，它可以提供几乎无限的清洁、安全和负担得起的能源来满足世界的需求。
聚变每公斤燃料产生的能量是裂变(用于核电站)的四倍，是燃烧石油或煤炭的近四百万倍。
大多数正在开发的聚变反应堆概念将使用氘和氚的混合物——含有额外中子的氢原子。理论上，只需几克这些反应物，就有可能产生一太焦耳的能量，这大约是发达国家一个人六十多年所需的能量。
聚变燃料丰富且容易获得：氘可以从海水中廉价提取，氚可以通过聚变产生的中子与天然丰富的锂的反应产生。这些燃料供应将持续数千年。未来的聚变反应堆本质上也是安全的，预计不会产生高活性或长寿命的核废料。此外，由于聚变过程难以启动和维持，不存在反应失控和熔毁的风险;聚变只能在严格的操作条件下发生，在此之外(例如在事故或系统故障的情况下)，等离子体将自然终止，非常迅速地失去能量并在反应堆受到任何持续损坏之前熄灭。
重要的是，核聚变——就像裂变一样——不会向大气排放二氧化碳或其他温室气体，因此从本世纪下半叶开始，它可能成为低碳电力的长期来源。
比太阳还热
虽然太阳的巨大引力自然会引起聚变，但如果没有这种力，则发生反应需要比太阳更高的温度。在地球上，我们需要超过 1 亿摄氏度的温度来制造氘和氚聚变，同时调节压力和磁力，以稳定地限制等离子体并保持聚变反应足够长的时间以产生比启动反应所需的更多的能量。
虽然现在通常在实验中达到非常接近聚变反应堆所需条件的条件，但仍需要改进等离子体的限制特性和稳定性来维持反应并以持续的方式产生能量。来自世界各地的科学家和工程师不断开发和测试新材料和设计新技术，以实现净聚变能。
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聚变能源的未来
从核聚变中提供能量被广泛认为是 21 世纪的重大工程挑战。需要做些什么才能使聚变能在商业上可行?
我们在聚变技术发展上的立场是什么?
核聚变和等离子体物理研究在 50 多个国家进行，并且在许多实验中成功地产生了聚变反应，尽管迄今为止产生的能量没有超过启动反应过程所需的能量。专家们提出了不同的设计和发生聚变的基于磁体的机器，如仿星器和托卡马克，但也提出了依赖激光、线性装置和先进燃料的方法。
聚变能源成功推出需要多长时间，将取决于通过全球伙伴关系和协作调动资源，以及该行业能够以多快的速度开发、验证和鉴定新兴聚变技术。另一个重要问题是同时发展必要的核基础设施，例如与实现这一未来能源相关的要求、标准和良好实践。
经过全球10年的部件设计、场地准备和制造，世界最大的国际聚变设施法国ITER于2020年开始组装。ITER是一个旨在展示聚变科技可行性的国际项目能源生产和证明未来发电示范聚变发电厂的技术和概念，称为DEMO。ITER 将在本世纪下半叶开始进行首次实验，并计划于 2036 年开始进行全功率实验。
不同国家的 DEMO 时间表各不相同，但专家们的共识是，到 2050 年可以建造并运行一个发电的聚变电厂。与此同时，许多私人投资的商业企业也在发展聚变电厂的概念方面取得了长足的进步，图多年来公共资助的研究和开发产生的专有技术，并更快地提出聚变能。
国际原子能机构的作用是什么?
• IAEA 长期以来一直处于国际聚变研究和开发的核心，最近开始支持早期技术开发和部署：
• 原子能机构于 1960 年创办了《核聚变》杂志，以交流有关核聚变进展的信息。该期刊现在被认为是该领域的领先期刊。原子能机构还定期出版TECDOC和关于聚变的宣传和教育材料。
• 第一届国际原子能机构聚变能会议于 1961 年举行，自 1974 年以来，原子能机构每两年召开一次会议，以促进讨论该领域的发展和成就。观看有关本次会议系列历史的短片
• 自 1971 年以来，国际原子能机构国际聚变研究理事会一直是促进聚变研究国际合作的催化剂。
• ITER 协定交存于 IAEA总干事。IAEA 与 ITER 组织之间的合作于 2008 年通过合作协议正式确定，并于 2019年扩大和深化。
• 原子能机构促进世界各地示范项目活动的国际合作与协调。
• 国际原子能机构就聚变科技开发和部署相关主题开展一系列技术会议和协调研究活动，组织和支持聚变教育和培训活动。
• 原子能机构维护着聚变能研究基础数据的数字数据库，以及聚变装置信息系统(FusDIS)，该系统汇编了世界各地运行、在建或计划中的聚变装置的信息。
• 国际原子能机构正在开展一个项目，该项目涉及核裂变和聚变在能源生产方面的技术开发协同作用，以及长期可持续性(包括放射性废物的处理)以及聚变设施的法律和制度问题。
• 国际原子能机构正在研究涵盖聚变设施整个生命周期的关键安全方面，其中需要指南和具体的参考文件。
• 原子能机构正在支持一个通用聚变示范工厂的预可行性研究。
