据估计，聚变能源清洁、廉价且近乎无限，未来有一天可能满足全球10%的能源需求。
聚变实验成本高昂且技术挑战巨大，但它们正助力推动科学与知识的进步。
它们也有助于促进国际合作，而聚变实验正依赖于这种合作。
世界迫切需要一种无碳、安全、清洁且近乎无限的能源，以提供廉价电力。聚变能源有潜力满足这一需求。
日本承诺于2050年实现碳中和，中国承诺于2060年实现碳中和，英国则承诺于2050年实现温室气体净零排放。与此同时，全球能源需求将大幅增长。需要增加源自碳中和能源的电气化供应。若没有聚变能源的新贡献，从长远来看，这一需求将无法得到满足。
高碳能源在全球电力供应中的占比将逐步下降。可再生能源有望满足相当大比例的需求，但由于天气变化莫测，它无法保证基荷供电，且其不太适合高密度城市。目前，核裂变发电约占 全球需求的约10%。据估计，聚变未来可能 贡献相近的比例 。
什么是聚变能？
聚变是驱动恒星运行的过程。当原子核“融合”在一起形成更重的原子核时，聚变便会发生。相比之下，目前产生全球核能的裂变反应则是通过裂变原子来实现的。要在地球上实现聚变，温度需超过1.5亿摄氏度，约为太阳核心温度的10倍。毫无疑问，实现并控制这一极高温度是一项重大的技术挑战。通常需要借助功率极强的磁体来约束高温等离子体，防止其接触并熔化容器壁。聚变研究反应堆已实现超过3亿摄氏度的温度。
聚变科学表明，聚变能源所需燃料量少，产生的核废料极少，且其反应可迅速停止。人们期望聚变能够借助相对小型的装置产生巨大能量。这些特点，加上高密度的能量输出，将使其成为为超大城市供电的理想选择。
实验为何能带来机遇
气候危机的紧迫性凸显了加速并加大实验力度的必要性，以开发新型能源形式，包括聚变装置的设计与研发。
实验为未来创造了更多选择。它们为学习与创新提供了重要契机，并有助于发展新技能与新能力。大规模实验能够催生全新的产业，例如19世纪末城市电气化的发展，或互联网与万维网的开发。
实验是验证概念、测试替代方案以及提升技术性能所必需的。通常，实验次数越多，学习曲线就越陡峭。最终，随着主要技术专家和设计师确定性能最佳的技术组合，一种主导设计会应运而生。
聚变科学已得到验证，实现实用、可控、可靠且具有成本效益的聚变能源所面临的技术挑战，正通过众多实验项目加以应对。全球26个国家设有政府资助的聚变研究中心，包括美国、英国、德国、中国、韩国和日本。各国政府已在这些实验上投入数十亿美元，并通过承诺开展高风险、高影响的“登月式”研发计划，重新努力争夺研制可靠聚变能源装置的竞赛胜利。
聚变能源实验已推动一系列配套技术取得进展，例如新材料、机器人技术和数据分析。它还提供了教育与培训机会，并帮助私营部门发展工程与建设能力。
为何多样化的实验有助于推动进步
聚变装置有多种不同的设计方案。最常见的是托卡马克装置，由俄罗斯科学家于20世纪50年代设计，通常呈环形（甜甜圈形）。随着实验不断产生关于何种装置类型可能具有成本效益的更可靠知识，托卡马克设计也在不断演进。位于英国牛津郡卡勒姆、隶属于英国原子能管理局的欧洲联合环（JET）是全球最成功的装置；它保持着产生聚变能的纪录，所产生的聚变能约为加热等离子体所输入功率的三分之二。自20世纪90年代以来，英国率先开发球形托卡马克装置，此类装置通常比环形装置更小，旨在实现更紧凑、更便宜、更可靠的配置。
仿星器是一种更为复杂的设计，其容器被扭曲，以便更易于平衡流动等离子体，例如德国的Wendelstein 7-X（见下文）。另一种聚变路径是“惯性约束”，即通过巨大的力量瞬间压缩聚变燃料。这可以通过激光实现。例如，美国的国家点火装置利用全球功率最强的激光压缩小型靶丸内的聚变燃料。
目前，全球共有58座托卡马克装置、12座仿星器和5座激光点火装置，另有24种其他配置。目前有74座实验性聚变反应堆正在运行，另有15座已提出或计划建设。在运行中或已提出的聚变反应堆中，79座为公共所有，20座为私人所有。私营部门聚变企业近期吸引了约20亿美元的投资。
聚变实验的推进，依托于政府投资的规模优势与长期优势，并辅以私营部门的速度、灵活性和市场纪律。政府资助的科学实验正在降低不确定性，并助力向主导设计迈进，从而降低私营部门投资者的风险。
国际合作将如何加速发展
国际合作至关重要，因为聚变面临的技术挑战规模庞大且错综复杂。需要大量科学家与工程师团队在大型装置上开展工作，以便进行验证概念所需的各类实验并确保足够数量。全球最大的科学实验之一——聚变研究计划ITER——目前正在法国卡达拉什建设。ITER共有七个成员方：欧盟、日本、韩国、俄罗斯、美国、中国和印度，总计35个国家。这一规模宏大的国际示范实验预计于2025年投入运行，初始预算为100亿美元，最终成本可能翻两番。ITER托卡马克反应堆的主要部件正在意大利、西班牙、德国、日本、韩国和印度制造。目前，ITER有3000人在此工作，全球另有约15000人提供支持。
ITER旨在实现聚变产生的能量是其消耗能量的10倍，而它与其他聚变实验将涉及科学与工程领域的重大进展。这将促进人们对等离子体基础科学、材料及材料处理以及热管理的深入理解。
聚变科学是一项国际合作事业，但它往往在充满挑战的政治环境中推进。这些挑战源于其高昂的研发成本以及对时间表的论证；聚变发电要等到投资的各国政府任期结束后才能为电网供电。ITER表明，即便面临军事和贸易对立，各国仍愿意在科学实验中开展合作，尽管这一合作复杂且要求很高。其动力在于获得近乎无限、清洁且廉价的能源这一巨大回报。
聚变实验推动了对我们未来至关重要的科学技术知识进步，并创造了新的经济和产业机遇。我们也应铭记约翰·肯尼迪总统的号召：迎接挑战，不是因为它们容易，而是因为它们艰难。在一个四分五裂的世界中，展示合作科学的成果（正如聚变所体现的那样），以及它为人类追寻其与生俱来的好奇心所提供的机遇，本身就具有价值。
