能源可持續性是當代的重要課題，但目前各種清潔而可再生的能源，能量密度及成本效率都是偏低，所以我們必須繼續尋找其他可持續的替代能源。在核聚變領域所取得的突破，正好為可再生能源的發展提供了新方向。氫原子是宇宙中含量最豐富的元素，可以在恒星的核心內結合成為氦惰性氣體，產生巨大的能量。雖然有許多難題尚待破解，各國已展開核聚變發電的研究。

核聚變主要是要將兩個原子核（通常是氫原子核）融合而成一個較大的核。過程看似簡單，卻要克服原子核之間的庫侖斥力，讓核力可以將原子核束縛在一起。斥力和引力必須要取得平衡，新原子核才能穩定下來。鎳-62以下的原子核在核聚變過程中釋放的能量稱為結合能 [1]。

鎳-62的核子擁有最高的平均結合能，也就是說分裂要用最多的能量 [2]。較輕的原子往鎳-62方向進行融合反應，因為每次融合都可以放出能量。較重的元素卻要吸收能量才能進行融合，得到能量較高的原子核。

核聚變反應只能在5,000萬開爾文(即3倍於太陽核心的溫度)以上的高溫才能持續進行。原子核之間的距離必須要小於，核力才可以克服質子之間的庫侖斥力。質子在理想軌跡的移動速度約為20,000,000 ，相當於溫度160億開爾文。太陽核聚變反應發生的環境，溫度大約是1,500 萬開爾文，四周充斥著氫原子核。雖然平均溫度未達到所需的溫度，部分帶有高能量的粒子還是可以融合。

20世紀50年代出現的“冷聚變”說法已全然被推翻。顧名思義，該構思是要在室溫進行核聚變，根本的問題在於如何能有效地遏制等離子體擴散。等離子體是指在高溫(超過5,000萬開爾文)之下產生的離子化氣體(氫和氦)。

離子化氣體是帶電粒子，可以受磁場及電場操縱。托卡馬克反應堆就是利用優化了的磁場來約束等離子體[3] 。法國的ITER以及中國的EAST都是使用這種設計。假設反應器在1億開爾文操作，氘核（²H）的平均速度就等於1,000,000 。在這溫度下，等離子體受紊流嚴重影響極不穩定。

爲了提供足夠強度的磁場，托卡馬克環纏滿了超導電纜。若不加上超導電纜，磁場的操作效率就會太低。但是超導體需要冷卻到4.2 開爾文（即攝氏-269度）左右，也就是液體氦的沸點。一方面要將溫度提升至5,000萬開爾文以上，同時又要在等離子體附近保持接近零開爾文的溫度，實在是一個挑戰。

儘管如此，中國EAST團隊已成功把氫等離子體的溫度，維持在5,000開爾文達102秒之久[4]。德國的溫德爾施泰因7-X反應堆也可以維持等離子體在8,000萬開爾文高溫15秒。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室國家點火設施的科學家們以另一種方法誘發核融合反應，他們以192支激光燃燒氘-氚燃料球[5]。燃料球外層燃著，產生爆炸，引起連鎖反應，燃燒餘下的燃料，最終出現慣性約束聚變[6]。

不要將核聚變與核裂變混淆，後者是指由大原子分裂成為較小的原子，也是目前核電廠用以生產能量的方法。純粹的核聚變反應不會釋出放射性副產品，免除了因處理放射性廢料而引起的諸多問題。核聚變所釋放的能量也要比核裂變高出三至四倍，所以在能源開發中極具吸引力。

雖然核聚變有許多優點，要付諸實行卻不易。相對於遠征月球或攀登珠穆朗瑪峰，核聚變堪稱是最嚴峻的挑戰。不過，許多國家已意識到核聚變的潛力。至於現在，我們仍要仰賴大自然的核聚變反應堆，供應地球的所有能量。

參考資料

[1] Dr. Rod Nave, Department of Physics and Astronomy. Nuclear Binding Energy (July 2010). Georgia State University. Retrieved from http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html#c1
[2] Fewell, M. P., The atomic nuclide with the highest mean binding energy (1995). American Journal of Physics. Volume 63, Issue 7, pp. 653-658. Retrieved from http://adsabs.harvard.edu/abs/1995AmJPh..63..653F
[3] Kruger, S. E., Schnack, D. D., Sovinec, C. R., Dynamics of the major disruption of a DIII-D plasma (2005). Physics of Plasmas. DOI: 10.1063/1.1873872. Retrieved from http://www.scidac.gov/FES/FES_FusionGrid/pubs/kruger-phys-plasma-2005.pdf
[4] Limer, E., Chinese Fusion Reactor Sustains 90 Million Degree Farenheit Plasma Blast for Over 100 Seconds (February 2016). Retrieved from http://www.popularmechanics.com/technology/infrastructure/a19350/chinese-east-fusion-reaction-sustains-102-second-plasma-blast/
[5] Biello, D., High-Powered Lasers Deliver Fusion Energy Breakthrough (February 2014). Scientific American. Retrieved from http://www.scientificamerican.com/article/high-powered-lasers-deliver-fusion-energy-breakthrough/
[6] Park, H. –S. et al. Phys.Rev.Lett. 112,055001 (2014).