世界上最大的核聚变装置国际热核聚变实验反应堆 (ITER) 正在建设中。(照片：ITER)
自 1950 年代首次实验以来，在地球上复制聚变是恒星的能量来源一直是一个巨大的挑战。今天，科学家和工程师不断有新发现，使这种几乎取之不竭的能源离现在更近了。多年来，已经设计和建造了各种实验性聚变装置，包括托卡马克装置、仿星器和基于激光的技术，以推进聚变能源的前景，并有一天彻底改变我们产生能源的方式。
目前，世界各地有 130 多个实验性公共和私人聚变装置正在运行、在建或计划中，它们基于产生聚变反应的不同方法并具有多种设计。为审查大量设备，国际原子能机构发布了一份新报告《2022 年聚变设备世界调查》 ，该报告进一步详述了国际原子能机构名为聚变设备信息系统 (FusDIS)的在线数据库中可用的信息。
“一旦实现，聚变将使每个国家受益，并与核能和其他形式的可持续能源一起发挥作用，支持减缓气候变化并为能源结构做出贡献，”国际原子能机构核等离子体聚变专家 Matteo Barbarino 说。“核聚变几乎可以使每个国家受益，这也是它如此重要的原因之一。”
“在世界各地，研究人员和工程师正在探索不同的聚变装置设计以推动进步，”他继续说道。“我们的新出版物从这些设备功能的角度全面概述了聚变研究和开发活动。”
核聚变是原子核结合形成更重的核，释放出大量能量的过程。然而，在实际环境中实现持续和受控的聚变反应与许多科学和技术挑战相关。为了让这样的反应继续进行，燃料——通常是氢的同位素——必须被限制在高压和比太阳核心高几倍的极高温度下。
继续取得重大进展。30 多个国家已经对不同类型的聚变装置进行了试验，通常成功地实现了聚变反应，尽管时间很短，而且还没有产生有用的能量。
不同的方法，相同的目标
新报告将每一章专门用于不同的设计类别，提供详细信息，包括其名称、状态、所有权、东道国和组织，以及设备目标和主要功能的简短描述。它还提供了有关出版物、资金和其他参数的统计数据，有助于全面了解全球聚变工作的状况。
例如，托卡马克和仿星器是最常见的设备，也是当前大部分研究的重点。这些环形装置包含控制等离子体运动的大磁铁——一种高温、带电的气体——在聚变发生的地方。报告显示，目前全球有50多台托卡马克装置和10多台仿星器在运行。世界上最大的托卡马克装置ITER目前正在法国建设，有35个国家参与该项目。
另一种方法包括惯性聚变，它使用高功率激光(或其他方式)加热和压缩含有燃料颗粒的微小球形胶囊。去年 12 月，美国国家点火装置 (NIF) 使用这种方法在聚变研究方面取得了重大进展，从其 192 台激光器的 2.05 MJ 能量输出中产生了约 3.15 兆焦耳 (MJ) 的能量。“今年我们发现自己处于一个可以谈论燃烧等离子体、聚变点火和目标能量增益的里程碑，而不是过去时的统一——这种情况非常了不起，”首席科学家 Omar Hurricane 说。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室惯性约束聚变程序设计物理部。
该报告还详细介绍了科学家们继续致力于产生聚变的替代设计，例如，将粒子加速器产生的两束离子束相互碰撞，在碰撞点发生聚变，或尝试使用氢同位素以外的燃料，例如就像那些基于质子与硼 11 的聚变一样。
为了证明聚变能有效发电，人们越来越多地致力于设计和建造示范聚变发电厂 (DEMO)，如今私营部门也进行了投资。该报告还专门用一章介绍了在中国、欧洲、日本、俄罗斯、大韩民国、英国和美国处于不同发展阶段的 12 个 DEMO 概念，目标完成日期跨越未来 30 年. “我们在理解聚变及其科学方面取得了重大进展，但在它成为实用的电力来源之前还有很多工作要做，”Barbarino 说。
