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目前的核电站，都是采用核裂变发电。核聚变研究已经历了数十年，科学家提出了多种方法来控制核聚变。尽管氘很廉价并储量丰富，氚却非常稀少，必须从核反应中提取。一座常规核电站一年能生产2－3千克氚，每千克成本估计在8000万到12亿美元之间。不幸的是，磁约束核聚变电站每周都要消耗大约1千克氚。聚变对氚的需求量远远超过了裂变的生产能力。
美好得太不真实
花费40亿元、耗时13年建造的世界上最大也是能量最高的激光系统——美国国家点火装置(NIF)即将启动!在一两年内，NIF的192束激光会聚集在一个比胡椒粒还小的靶丸上。来自激光束的能量会击碎靶丸的核心，在如此强大的能量下，靶丸里的氢燃料会发生聚变并释放能量，如同一个微型氢弹。
此类技术以前实验过，并取得过成功。但在第一次尝试中，科学家为了成功实现氢同位素的聚变，泵入激光器的能量都必须远大于反应放出的能量才行。这一次实验不同，靶丸中心发生爆炸释放的能量将大于激光束注入的能量。理论上，多出来的能量可以收集起来用于发电。这种燃料的原材料可以在普通海水中找到，而且不会排放倒可废气和核废料。这就像把—颗恒星装进地球上的机器里面，让它发光发热发电。它将满足人类对能源永无止境的渴求，直到永远。
世界其他地区也已开始建造核聚变装置，如耗资140亿美元在法国南部卡达拉什附近建造的国际热核聚变实验堆(ITER)。ITER不依靠激光进行约束，而是利用超导磁线圈产生的磁场将氢的同位素约束在一起，并把它们加热到1.5亿摄氏度，相当于太阳表面温度的2.5万倍。科学家预期，这个实验获得的能量也将超过输入的能量。另外，跟激光系统间歇式的爆炸能量不同，磁场将能约束等离子体长达几百秒，产生持续的聚变反应。
自核时代开启以来，人们就热衷于驾驭恒星内部的核反应过程，让它们为我们所用。在这一进程中，NIF和ITER将成为里程碑式的事件。然而瞬间点火也许只是当中最简单的部分。在经验丰富的核聚变科学家中，越来越多的人认识到，建造和运行一个聚变核电装置将比在装置中成功点火困难得多。一些没有直接参与聚变研究的物理学家甚至怀疑这项技术在理论上是否可行。一个可以运行的反应堆将由能够连续几年抵挡数百万摄氏度高温的材料建成，它必须经受高能核粒子的轰击，而普通材料在这种情况下会变得易碎并带有放射性：这个反应堆还必须经过一个复杂的增殖过程，以产生自己所需的核燃料；如果要为电网提供有用的电能，它还必须稳定可靠，不能出现断电、跳闸和灾难性事故，并能够持续运行几十年。
假如有一天科学家能在可控条件下催化核聚变，世界能源危机将不复存在。核聚变的燃料非常丰富：氘可以从普通海水中提取，氚可以在反应堆中生成。跟普通的裂变反应堆不同，聚变不会产生长寿命放射性副产物——也就是人们俗称的核废料。在理论上，一加仑约3.8升的重水产生的能量能与—艘超级油轮载满的石油相当，而且只排放少量氦气。你将得到一种随处可见、干净清洁且储量无限的能源燃料，这简直美好得太不真实了。
事实确实没那么简单。20世纪50年代初，美国普林斯顿大学设计了“仿星器”，这是聚变反应堆的第一种设计方案。根据当时的估计，仿星器可以产生1.5亿瓦特的电力，足够15万户家庭使用。设计基于一个事实：在核聚变所需的高温下，所有电子将会从自己所处的原子中剥离出来。这种形式的带电粒子“汤”被称为等离子体，能够用磁场约束。仿星器本质上就是一个可以约束等离子体的磁瓶，哪怕等离子体被加热到了几百万摄氏度的高温。可惜，研究人员并没有全面了解等离子体的行为。他们很快就非常失望地发现，等离子体表现得一点儿也“不好”。设想握住一个柔软的大气球，用力把它挤压到最小。不管你用的力有多么均匀，气球总是会从手指之间的缝隙鼓出来。同样的问题也适用于等离子体。每当科学家想把等离子体压缩到一个足够紧致的小球去诱导聚变，它们都会找到一丝缝隙从旁边喷射出来。这是所有类型的聚变反应堆都要面对的一个矛盾——等离子体温度越高、压缩越紧致，要控制它也就越困难。
巨大的谎言?
无论你用什么方法来启动核聚变，上兆焦耳的激光器也好，磁场约束等离子体也好，反应产生的能量都将以中子流的形式释放出来。这些粒子是电中性的，因此不会受电磁场影响。此外，它们还可以径直穿过最坚固的材料。
唯一能让中子停下来的方法，就是让中子直接撞击原子核。然而，这种碰撞往往是毁灭性的。氘氚聚变反应释放的中子能量巨大，可以挤掉钢铁等通常比较坚固的物质中原子的位置。随着时间推移，这些猛烈撞击会逐渐削弱反应堆，使结构部件变得脆弱。另外一些时候，中子会把良性材料变成放射性物质。一个中子击中原子核时，原子核可以吸收中子，变得不稳定。一个稳定的中子流会使任何普通容器带上危险的放射性，哪怕这些中子来自于像核聚变一样“清洁”的反应。
通过核聚变发电离我们还非常遥远，还有多个难关等待科学家去挑战。我们不妨假设，到2050年，一切都已准备就绪。NIF和ITER大获成功，按预定时间在规定预算内成功实现了预期的净能量增加目标值。物理学家在给每个系统提高能量的过程中，大自然也没有再设置什么意外，一向不受拘束的等离子体也如预期般被乖乖驯服。一个独立材料研究机构也已经演示了一个既能产生氚、又能将中子转换成电能的包层，而且它也能够承受在核聚变电站中日常使用给原子内部带来的巨大压力。再假设，建造一座可运行聚变电站的预计成本只需100亿美元。这还会是一个划算的选择吗?即使对于那些花了毕生精力去追求核聚变能源之梦的研究人员来说，这也是个难以回答的问题。问题在于，跟普通的裂变电站一样，聚变电站也要生产基荷电力。也就是说，为了收回高昂的初始成本，这些核电站必须一直不停地运行。对于任何一个前期投资巨大的系统，你总会想让它24小时不停地运行，而且你后期的燃料成本很低。
不幸的是，要让等离子体在任何可观时间段内保持状态都非常困难。到目前为止，反应堆能维持聚变等离子体的时间都不超过1秒。ITER的目标是让等离子体燃烧维持数10秒。距离让它24小时不停运行，还有很长的路要走。我们过去一直片面地看待聚变。它不同于肮脏的化石燃料和危险的铀。它那么纯净和美好，可以一劳永逸地解决我们对能源的需求。它是人类有可能获得的宇宙中最接近完美的东西。现在这些想法正在改变。聚变只是一种可以选择的能源，还需要经过几十年的研究才能产生成果。点火装置或许即将实现，但无限能源时代并未到来。
美好得太不真实
花费40亿元、耗时13年建造的世界上最大也是能量最高的激光系统——美国国家点火装置(NIF)即将启动!在一两年内，NIF的192束激光会聚集在一个比胡椒粒还小的靶丸上。来自激光束的能量会击碎靶丸的核心，在如此强大的能量下，靶丸里的氢燃料会发生聚变并释放能量，如同一个微型氢弹。
此类技术以前实验过，并取得过成功。但在第一次尝试中，科学家为了成功实现氢同位素的聚变，泵入激光器的能量都必须远大于反应放出的能量才行。这一次实验不同，靶丸中心发生爆炸释放的能量将大于激光束注入的能量。理论上，多出来的能量可以收集起来用于发电。这种燃料的原材料可以在普通海水中找到，而且不会排放倒可废气和核废料。这就像把—颗恒星装进地球上的机器里面，让它发光发热发电。它将满足人类对能源永无止境的渴求，直到永远。
世界其他地区也已开始建造核聚变装置，如耗资140亿美元在法国南部卡达拉什附近建造的国际热核聚变实验堆(ITER)。ITER不依靠激光进行约束，而是利用超导磁线圈产生的磁场将氢的同位素约束在一起，并把它们加热到1.5亿摄氏度，相当于太阳表面温度的2.5万倍。科学家预期，这个实验获得的能量也将超过输入的能量。另外，跟激光系统间歇式的爆炸能量不同，磁场将能约束等离子体长达几百秒，产生持续的聚变反应。
自核时代开启以来，人们就热衷于驾驭恒星内部的核反应过程，让它们为我们所用。在这一进程中，NIF和ITER将成为里程碑式的事件。然而瞬间点火也许只是当中最简单的部分。在经验丰富的核聚变科学家中，越来越多的人认识到，建造和运行一个聚变核电装置将比在装置中成功点火困难得多。一些没有直接参与聚变研究的物理学家甚至怀疑这项技术在理论上是否可行。一个可以运行的反应堆将由能够连续几年抵挡数百万摄氏度高温的材料建成，它必须经受高能核粒子的轰击，而普通材料在这种情况下会变得易碎并带有放射性：这个反应堆还必须经过一个复杂的增殖过程，以产生自己所需的核燃料；如果要为电网提供有用的电能，它还必须稳定可靠，不能出现断电、跳闸和灾难性事故，并能够持续运行几十年。
假如有一天科学家能在可控条件下催化核聚变，世界能源危机将不复存在。核聚变的燃料非常丰富：氘可以从普通海水中提取，氚可以在反应堆中生成。跟普通的裂变反应堆不同，聚变不会产生长寿命放射性副产物——也就是人们俗称的核废料。在理论上，一加仑约3.8升的重水产生的能量能与—艘超级油轮载满的石油相当，而且只排放少量氦气。你将得到一种随处可见、干净清洁且储量无限的能源燃料，这简直美好得太不真实了。
事实确实没那么简单。20世纪50年代初，美国普林斯顿大学设计了“仿星器”，这是聚变反应堆的第一种设计方案。根据当时的估计，仿星器可以产生1.5亿瓦特的电力，足够15万户家庭使用。设计基于一个事实：在核聚变所需的高温下，所有电子将会从自己所处的原子中剥离出来。这种形式的带电粒子“汤”被称为等离子体，能够用磁场约束。仿星器本质上就是一个可以约束等离子体的磁瓶，哪怕等离子体被加热到了几百万摄氏度的高温。可惜，研究人员并没有全面了解等离子体的行为。他们很快就非常失望地发现，等离子体表现得一点儿也“不好”。设想握住一个柔软的大气球，用力把它挤压到最小。不管你用的力有多么均匀，气球总是会从手指之间的缝隙鼓出来。同样的问题也适用于等离子体。每当科学家想把等离子体压缩到一个足够紧致的小球去诱导聚变，它们都会找到一丝缝隙从旁边喷射出来。这是所有类型的聚变反应堆都要面对的一个矛盾——等离子体温度越高、压缩越紧致，要控制它也就越困难。
巨大的谎言?
无论你用什么方法来启动核聚变，上兆焦耳的激光器也好，磁场约束等离子体也好，反应产生的能量都将以中子流的形式释放出来。这些粒子是电中性的，因此不会受电磁场影响。此外，它们还可以径直穿过最坚固的材料。
唯一能让中子停下来的方法，就是让中子直接撞击原子核。然而，这种碰撞往往是毁灭性的。氘氚聚变反应释放的中子能量巨大，可以挤掉钢铁等通常比较坚固的物质中原子的位置。随着时间推移，这些猛烈撞击会逐渐削弱反应堆，使结构部件变得脆弱。另外一些时候，中子会把良性材料变成放射性物质。一个中子击中原子核时，原子核可以吸收中子，变得不稳定。一个稳定的中子流会使任何普通容器带上危险的放射性，哪怕这些中子来自于像核聚变一样“清洁”的反应。
通过核聚变发电离我们还非常遥远，还有多个难关等待科学家去挑战。我们不妨假设，到2050年，一切都已准备就绪。NIF和ITER大获成功，按预定时间在规定预算内成功实现了预期的净能量增加目标值。物理学家在给每个系统提高能量的过程中，大自然也没有再设置什么意外，一向不受拘束的等离子体也如预期般被乖乖驯服。一个独立材料研究机构也已经演示了一个既能产生氚、又能将中子转换成电能的包层，而且它也能够承受在核聚变电站中日常使用给原子内部带来的巨大压力。再假设，建造一座可运行聚变电站的预计成本只需100亿美元。这还会是一个划算的选择吗?即使对于那些花了毕生精力去追求核聚变能源之梦的研究人员来说，这也是个难以回答的问题。问题在于，跟普通的裂变电站一样，聚变电站也要生产基荷电力。也就是说，为了收回高昂的初始成本，这些核电站必须一直不停地运行。对于任何一个前期投资巨大的系统，你总会想让它24小时不停地运行，而且你后期的燃料成本很低。
不幸的是，要让等离子体在任何可观时间段内保持状态都非常困难。到目前为止，反应堆能维持聚变等离子体的时间都不超过1秒。ITER的目标是让等离子体燃烧维持数10秒。距离让它24小时不停运行，还有很长的路要走。我们过去一直片面地看待聚变。它不同于肮脏的化石燃料和危险的铀。它那么纯净和美好，可以一劳永逸地解决我们对能源的需求。它是人类有可能获得的宇宙中最接近完美的东西。现在这些想法正在改变。聚变只是一种可以选择的能源，还需要经过几十年的研究才能产生成果。点火装置或许即将实现，但无限能源时代并未到来。