虽然太阳能和风能的制造成本，在不断下降，但是在未来，传统的清洁能源，并不一定能满足我们的需求，而核能可能会成为至关重要的角色。它就是最近30年来，一直受人们关注的核聚变。伴随着一种新型聚变装置的出现，它能否改变人类的未来呢？
核聚变
获得核能有两种方式，一种是核裂变，另一种叫核聚变。大部分核电站，运用的都是裂变反应。简单来说，它是将不稳定的铀235原子，分裂成一些更小的中子碎片，这些小碎片，再去撞击其他的铀235原子，从而产生连锁反应效应，整个反应会释放出大量能量，热量会让水蒸发，生成的水蒸气，可以推动涡轮机发电。
核裂变示意图
聚变跟裂变完全相反，它是聚集而不是分裂。聚变反应跟太阳类似，却又不完全相同。太阳是先将氢的同位素分裂，然后在天文温度和高压条件下，将它们融合成氦核。一般情况下，聚变反应产生的能量，是裂变产生能量的4倍，聚变反应的原料，并不是半衰期长， 放射性强的铀或钚。它所用到的是氢的同位素。氘是自然界中的一种稳定元素，氚虽然不太稳定，但是 ，它的半衰期相对较短。所以 ，它们更安全， 也更环保。
氘和氚
相比于裂变，它们的来源更丰富， 也更便宜。因为氘是可以从海水中提取出来的。虽然自然界中，氚的含量比较少，但在聚变反应过程中，当中子跟硫等元素作用时，是可以得到氚的。
氘可以从海水中提取出来
格林沃尔德博士认为，核聚变是一种理想能源。首先 ，它的原料是不受限制的。其次 ，反应产生的能量密度非常高，只需要0.1克的氘和0.3克的锂，就能够为美国全国，提供整整一年的电力需求。聚变反应的另一个优势，就是环保。核裂变会生成很多高放射性物质，如果保存不当，可能会让地球产生几十年的连续污染。裂变核电站也极容易发生熔毁爆炸事故，例如2011年发生的福岛核电站事故，而这些事故并不会发生在托卡马克装置中。
核裂变产生发射性废料
托卡马克是一种利用磁约束，来实现受控核聚变的环形容器。它可以将氢的同位素，加热到1.5亿度，在这么高的温度下，原子的电子被剥离变成离子，带电粒子会相互碰撞，并融合在一起。这就跟太阳中发生的反应一样。聚变反应相对更安全，因为把反应原料切断后，聚变就会立刻停止，而裂变却不行，只能眼睁睁的看着反应堆被融化掉。聚变不仅几乎不产生废料，它还不占用大量的土地跟水资源，这让核聚变，成为了可再生能源的一个很好的补充。
托卡马克装置示意图
尽管有着这么多优势，但30年来，还没有一台功能完善的聚变动力反应堆，被制造出来，前面提到，核聚变的反应温度是1.5亿度，而我们输入到反应堆中的能量，要比反应后得到的能量还要多。聚变能量增因子，是用来评估反应堆性能的参数，通常用q表示。当q等于1时，就说明反应堆到达了能量盈亏平衡点。而我们需要的就是q大于1。
聚变能量增因子
欧洲联合环流器的记录是q=0.67，而国家点火装置，将q值提升到了0.7。大家注意，这里的q值，只考虑到设备的启动，并没有把运行所需要的全部能量计算在内。如果把所有的一切都计算在内的话，我们所需要的q值，应该在10-25之间。这就是为什么，科学家这么关注q值的原因，一旦突破了这个点，整体功率将向增益转变。
核聚变装置
2025年，国际热核聚变实验堆（ITER)，有望将聚变的综合Q值提升到10以上。ITER诞生于20世纪80年代，核心的托卡马克实验堆，在2007年开始开工建设，一旦完成，它将成为世界上最大的聚变反应平台。但是 想要看到这么大的反应堆运转起来，至少要等到2035年。
建设中的ITER
那么，有没有一种更小， 更灵活的方案呢？当然有，其中一种是磁约束核聚变，它是通过一个特殊的磁场，将氘 ，氚等原子核和自由电子，组成的处于热核反应状态的，超高温等离子体束缚起来。在它的内部，发生受控制的原子聚变反应，释放出热量。
超导体反应堆
2021年，麻省理工学院跟CFS公司，联合研发出了世界上第一台，等离子体聚变设备，简称SPARC。它也是地球上，有史以来最强大的磁铁之一。这台机器使用的是一种叫，高温超导体的材料，简称HTS。早在2015年，麻省理工学院就提出了，运用这种超导体材料（HTS)的设想。为了能够产生超强磁场，新设备中的超导材料的长度，达到了276公里。在高温环境中， 它仍然可以产生很强的磁场。HTS超导体类似于陶瓷，是一种由稀土和钡铜氧化物，合成的一种易碎材料。
超导体材料
早在80年代，IBM的两位科学家，在苏黎世的一个实验室里，就已经发现了这种高温超导材料的雏形。几十年来，人们并不认为它是一种工程材料，直到麻省理工学院，打破了这个传统观念，做出了创新。这种超导材料，不仅可以产生强大的磁场，更大的作用是节能。铜也可以产生很强的磁场，但会消耗大量能量。所以 ，这台机器的设计目的，是以更小的单位，实现最大化的净能量增益。
制造中的新设备
与使用低温超导超导材料的ITER相比，这台新机器的体积，仅仅是它的2%，这大大降低了制造成本和制造时间。在最近的一次实验中，这台机器产生了20特斯拉的磁场，这充分证实了，这台等离子聚变设备背后的理论依据。经过了几年的研究，科学家们将它的磁场强度，又增加了1倍，直接的结果是，它的发电量增加了10倍。
工作示意图
科学家们也在对它，进行最后的完善，希望在2025年前正式运行。他们的目标是要让SPARC将成为世界上第一台，产生净能量输出的聚变装置。而它的Q值 ，也会在10以上。整部机器的制造成本，将高达2.5亿美元。如果成功，这可能会引发核聚变的革命。Sparc有着很高的功率，这意味着，反应堆核心会产生更高的热量，高温管理将成为一项挑战。
制造中的设备
