2025年1月，国外一家名为Helion Energy的公司获得了4.25亿美元的巨额资助，目标是开发一台能够利用与太阳相同原理的聚变反应堆。而这并非个例。因为全球范围内，数十亿美元正源源不断地投入到核聚变初创企业中。包括中国在内的世界各国与私营公司竞相追逐这一能源梦想：一种有望彻底改变人类生活方式的革命性力量。
几十年来，核聚变能源一直被认为是科幻多于现实，但如今，阻碍它的壁垒正在逐一瓦解。
只要克服最后几个关键挑战，我们就能解锁这一终极能源。
那么，最核心的问题是什么？
答案是：如何打造一台能够容纳“人造太阳”的机器？
接下来我将告诉你核聚变的原理、挑战与最新进展，让你知道人类距离几乎无限的清洁能源还有多远！
核聚变原理：太阳产生能量的秘密太阳是我们人类所知的最伟大的能源工厂。每秒钟，太阳将数亿吨氢原子聚变成氦，释放出惊人能量。而这股能量的非常微小的一部分，抵达地球，便足以驱动地球上从植物的光合作用到太阳能电池板的一切生命活动。
那么，如果我们能自己掌握这种力量，而不是依赖太阳，会发生什么？
核聚变的过程看似简单：将两个氢原子核强行合并成一个更重的氦原子核，同时释放大量能量。但难点在于，氢原子核之间存在强烈的电荷排斥力，要克服这种力量，需要极端的高温或高压。太阳依靠其本身巨大的引力解决了这个问题：太阳核心温度高达1500万摄氏度，压力远超过地球大气压的1000亿倍，这足以迫使氢原子融合。
然而，地球上无法产生这样的引力。
所以，我们人类只能通过温度解决问题：将氢元素加热到超过1亿摄氏度。
在这种极端条件下，氢气会转变成等离子体，即物质的第四种状态：电子从原子中脱离，原子核高速运动，彼此碰撞并发生聚变，正如太阳核心的微缩再现。
面临的挑战：如何在地球用瓶子装下一颗恒星？原理听起来直白吧，但实践起来却困难重重。
问题在于，地球上没有任何材料能承受1亿摄氏度的等离子体接触！
任何物理容器都会瞬间蒸发。
这正是核聚变研究几十年来步履维艰的原因：我们并非无法触发聚变，而是无法长时间控制它，使其产生实用能源。
要像太阳那样发电，我们必须找到一种方法，将这个“人造太阳”稳定地“装在瓶子里”，既不让它逃逸，也不让它摧毁容器。
目前，科学家提出了两种主要解决方案：
1. 惯性约束：激光点火的瞬间奇迹
这种方法利用激光或其他极端力量，在极短时间内压缩氢燃料。美国国家点火装置（NIF）最近取得突破，成功实现了一次聚变反应，产生的能量超过输入能量。
然而，这种技术依赖快速脉冲反应，每一次都需要大量外部能量，难以实现持续电力输出，离实用化还有距离。
2. 磁约束：悬浮等离子体的艺术
更具前景的是磁约束技术。
它不直接接触等离子体，而是利用强大磁场将其悬浮在空中，避免触碰反应堆壁。由于等离子体中的粒子带电，磁场因此可以操控它们。这项技术常见于托卡马克（Tokamak），一种环形反应堆。氢等离子体在其中持续循环，通过粒子束加热至聚变温度。
托卡马克依赖三组电磁铁协同工作：
环向磁铁：形成环形结构，限制等离子体沿圆形路径运动。
极向磁铁：塑造等离子体形状，防止其漂移到壁面。
中央螺线管：诱导等离子体内部电流，使其保持旋转。
尽管设计精巧，但磁约束并非完美。因为等离子体极不稳定。波浪、湍流或温度突变都可能打断反应。一旦等离子体触碰壁面，就会迅速冷却，聚变过程随之终止。
目前的技术进展：向稳定聚变的迈进科学家们正通过实时调整磁场强度和等离子体密度，对抗这些不稳定性。一些创新设计，如星模拟器（Stellarator），采用复杂的扭曲磁场提升稳定性。虽然建造难度更高，但它可能为长时间等离子体约束提供更优解。
即便如此，磁约束仍面临另一大难题：当等离子体释放出比太阳核心还热的能量时，这些能量必须有个去处。反应堆的内壁：即“第一壁”，承受着最直接的冲击。如果它崩溃，整个系统将失效。
第一壁不仅要耐受极端高温，还要应对辐射和等离子体的侵蚀。更复杂的是，聚变反应堆必须自行生成燃料——氚，一种稀有氢同位素。方法是在第一壁中嵌入锂，利用中子轰击锂原子分裂产生氚，再提取循环使用。
然而，高效“培育”氚并不容易。一些材料会吸收氚，困住燃料；另一些则无法产生足够中子。为此，工程师引入中子倍增剂（如铍或铅），放大中子产量，提升氚生成效率。
但这面临材料选择的困境。
反应堆壁的材料选择至关重要，科学家们正在测试多种方案：
钨：熔点最高的金属，坚固耐用，但若少量混入等离子体，会迅速耗散能量，阻碍聚变。
铍：对等离子体干扰小，还能作为中子倍增剂，但侵蚀快且有毒。
液态锂：流动的锂层可自我更新，吸收热量并修复损伤，但如何在反应堆内控制液体流动，仍是未解难题。
国际热核实验反应堆（ITER）就正在测试这些方案。他们初期选用钨壁，但未来可能结合锂涂层，以优化燃料生产和耐久性。找到耐热性、效率与燃料培育的完美平衡，是聚变面临的最后工程屏障之一。
未来展望：能源革命的曙光可即使解决了约束问题，聚变能源的商业化仍需时间。国际热核实验反应堆计划2035年实现首次聚变反应，2039年开始大规模氚燃料聚变。但这一时间表可能因技术延误而推迟。与此同时，私营企业如Helion Energy、Tokamak Energy和Commonwealth Fusion Systems宣称能提前10年甚至更早实现净能量输出，凭借更小、更高效的设计。这些大胆目标是否可行，尚待验证。
但一旦聚变技术成熟，其影响将不可估量。
这种技术能提供近乎无限的能源，几乎无废料，对环境影响也极小。
所以，问题不再是“聚变能否实现”，而是“何时实现”。目前业界预估首批商业聚变电站可能在2040年至2050年间出现，具体取决于工程难题的解决速度。
几十年来，核聚变一直是人类能源梦想的终极挑战，一度是一个看似遥不可及的工程难题。
但今天，我们就站在突破边缘。在等离子体约束、反应堆材料和燃料培育领域的进展，让实用聚变能源比以往任何时候都更近。
如果成功，我们将解锁一个能为人类提供数百万年能源的宝藏。
你我有生之年能看到聚变反应堆点亮世界吗？
答案取决于我们能否跨越最后的障碍。
这场能源革命的竞赛已经开始，
而中国目前居于全球领先地位，
你准备好见证历史了吗？
