受控热核反应的点火条件能否达到？
受控热核反应的点火条件能否达到？
1905年，爱因斯坦在研究相对论的过程中，证明了质量和能量在某种意义上是相当的，即：在任何过程中，放出的能量总是和相当的质量的减少联系在一起的。科学家通过对原子核反应前后的质量差的观测，得出能有效利用核能的两种方式：一种是由重核的分裂，即核裂变；另一种则是由很轻的核结合，谓之核聚变。由高温引起的核聚变，就是“热核反应”。
受控聚变反应和受控裂变反应的研究均从20世纪50年代初开始。不过，当今世界各地的核裂变能电站早已比比皆是，而聚变能的和平利用却依旧遥遥无期。其中的主要原因在于我们至今仍然对产生热核反应所必需的高温等离子体缺乏足够的了解。
目前所有的受控核聚变反应研究，都是沿着热核聚变的途径进行的。将聚变所用的氘加热至上亿度，使整个氘燃料成为一团总体呈电中性的、由带正电的氘离子和带负电的电子所组成的混合物，这就是被称之为物质第四态的高温等离子体。如此高温使氘核具备足够大的动能而相互结合，放出聚变能。这样的反应方法使人很容易联想起生炉子的道理。生过炉子的人都知道，要想让煤炉里的煤燃烧，首先必须点燃足量的煤，使它们发出的热除了弥补散失的热量外尚有富裕，这样煤才能越烧越旺。同样，研究受控热核反应的第一个目标就是要在实验上验证热核反应的点火条件（即著名的劳逊条件或劳逊判据），写成关系式就是：在高温等离子体的单位体积中释放的聚变功率等离子体的损失功率。接下来的目标就是要使能量增益因子M＞1，也就是说能获得净聚变能，从而可进入实用阶段。
30多年来对热核聚变的研究，不外乎沿着磁约束和惯性约束两大途径进行着。它们的约束原理虽有本质的不同，但都已取得了不小的进展。
在1亿度的高温下，等离子体中的粒子速度可高达每秒1千米以上。如果不加约束，这些等离子体会在瞬间逃之夭夭。然而，只要将等离子体放在磁场中，由于洛仑兹力的作用，这些带电粒子就如同串在线上的珠子一样，被磁场力所束缚，这就是磁约束的基本原理。作为受控热核研究领域中的“开路军”，30年来磁约束历尽荣衰，早已繁衍成一个庞大的家族，如环流器、磁镜、仿星器和箍缩装置等，都装饰竞相朝着点火目标靠拢。
环形电流器，又名托卡马克装置，是目前最受重视，也最有希望首先达到点火条件的受控热核反应装置。1954年，前苏联首先开始研究托卡马克装置，前苏联科学家经过长期不懈的努力，于20世纪60年代中期突破了能量约束时间上10余年未能越过的障碍——“玻姆扩散损失”，其结果导致了全球范围内的托卡马克热。时至今日，托卡马克装置已更换了四代，目前世界上著名的有欧洲共同体的“JET”（Join TEuropeon’Toms）、美国的“TFTR”（Tokomak Fusion TestReactor），前苏联的“T－20”和日本的“JT－60”。以JT－60为例：日本原子能研究院花了10年时间，耗资2 300亿日元建成了这座大型环流器装置，于1985年4月交付使用。它的加热系统可连续工作10秒，比约束等离子体的时间（通常低于1秒）长得多，运转6个星期后等离子电流已达到1 500安培。然而，托卡马克能否达到点火条件尚有疑问。科学家认为，托卡马克只是比其他类型的等离子体约束装置早显示有发展前途而并非最佳方案。要使之进入实用阶段，至少还存在两个障碍：首先，由电磁感应而产生的电流会出现脉动，因而托卡马克无法连续地运转；其次，大型托卡马克要求大电流进行约束，而这将造成等离子体的不稳定，导致等离子体消失并使电流向真空容器的壁放电，使它损坏。
与环形磁约束相反，磁镜是一种开端约束装置，绕着磁力线旋进的粒子在管室两端由于受到强磁场（磁镜）的反射，从而实现约束。20世纪50年代初，美国加州利弗莫尔洛伦兹实验室就开始致力于磁镜方面的研究。近年来由于进行注入高温等离子体、最小B磁场（磁阱）、场反向等改造后，大大提高了它的约束效率。磁镜这一古老的磁约束途径，又开始谱写它的“老兵新传”了。
其他磁约束如箍缩装置、仿星器等等，目前研究规模虽小，但都没有停止，因为通过这些途径同样有希望达到点火条件。
惯性约束与磁约束不同，它实际上对等离子体不加约束，而是利用粒子的惯性，在它们来不及跑散之前就发生聚变反应，取得足够的能量。人所皆知的氢弹爆炸就是采用惯性约束，不过氢弹是靠原子弹引爆的，而人类目前还无法加以控制，于是就改用其它高功率物质（如激光、电子束、离子束）来轰击一颗颗微小的氘氚燃料丸，将它极其快速地压缩和加热，这实际上是一颗颗微型氢弹爆发。
20世纪70年代发展起来的激光聚爆由于发展迅猛而倍受人们的青睐。有关专家之所以对此持乐观态度，是鉴于在光学领域（短波大功率激光束）和计算机模拟激光核聚变方面已取得惊人的突破。然而，也有一些研究人员认为，聚变反应的剧热将导致激光器反射镜和透镜膨胀并破坏其调准，激光聚爆是否具有实用性还很难说。
由于电子束、离子束的功率及功率密度远比激光低，所以目前它们还不是激光的对手，但考虑到它们的能量转化效率要大大高于激光，这些粒子束聚爆仍能得到人们的偏爱。美国桑迪亚国立实验室新近建成的PBFAII加速器，就是用于离子束聚爆实验的。
受控热核反应这个代表20世纪科学挑战之一的最终解决，将使人类获得取之不尽用之不竭的能量资源。但是，迄今研究约束等离子体的每一种途径都各有自己的优缺点，要达到点火条件还需要经历一段时间，即使达到点火条件，能否转入实用还不得而知。因此，受控热核反应最终能否实现，至今还是一个谜。