核聚變不同于核裂變，后者已廣泛用于商業(yè)核電站。核裂變使原子核分裂產(chǎn)生能量，而核聚變使氫原子碰撞并聚變成氦原子，氦原子釋放出巨大的能量——本質(zhì)上釋放出的能量相當(dāng)于為恒星提供能量。核聚變技術(shù)在20世紀(jì)50年代的氫彈開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。幾十年來，作為一種潛在能源，核聚變的和平商業(yè)應(yīng)用一直吸引著科學(xué)家。雖然核裂變工廠的經(jīng)營者必須處理遺留下來的放射性乏燃料或廢物，但核聚變過程中所含的大多數(shù)放射性同位素的半衰期都低于10年，而核聚變反應(yīng)堆中激活的組件的半衰期也低到足以在100年內(nèi)回收或再利用。當(dāng)核聚變過程中發(fā)生任何擾動時，等離子體在幾秒鐘內(nèi)就會冷卻，反應(yīng)就會停止，從而避免了像福島核電站那樣發(fā)生熔毀或事故的風(fēng)險。
但目前還沒有商業(yè)化的聚變反應(yīng)堆。事實上，核聚變發(fā)電在實驗室中只能產(chǎn)生很短的時間，這導(dǎo)致了懷疑者們多年來的一種扭曲的觀察結(jié)果，即核聚變作為一種電力來源永遠(yuǎn)需要30年的時間。
2018年，美國能源部(Department of Energy)呼吁聚變能源科學(xué)咨詢委員會(Fusion Energy Sciences Advisory Committee)提出一項將聚變作為能源的長期戰(zhàn)略。委員會廣泛接觸了社區(qū)群眾，12月中旬發(fā)布的報告得到了廣泛的支持。除了呼吁在21世紀(jì)40年代建立一個試驗工廠外，委員會還建議使用實驗設(shè)施來更好地了解等離子體科學(xué)和技術(shù)。
等離子體是什么?在核聚變所需的極端溫度下，電子與原子核分離，氣體變成等離子體——一種物質(zhì)的電離狀態(tài)。聚變能量和等離子體是密不可分的，一個聚變反應(yīng)堆需要一個被限制和控制在其核心的“燃燒的等離子體”。等離子體科學(xué)在DIII-D國家核聚變設(shè)施取得了進展，該設(shè)施由通用原子公司作為能源部的承包商運營。在DIII-D，一個被稱為托卡馬克的環(huán)形金屬真空室被強大得難以置信的磁鐵包圍著。由氫同位素組成的燃料可以通過加熱到超過1.5億華氏度轉(zhuǎn)化為等離子體。
國際核聚變反應(yīng)堆(ITER)有望在核聚變方面取得更大進展，這是一個正在法國建設(shè)的耗資數(shù)十億美元的國際項目。美國是這項實驗的全球合作伙伴之一——事實上，通用原子公司正在提供該項目的一種關(guān)鍵部件——預(yù)計將于2025年12月投入使用。但是，ITER不能把它產(chǎn)生的能量作為電能來捕獲。相反，它希望為未來核聚變發(fā)電廠的發(fā)展鋪平道路。核聚變能源科學(xué)咨詢委員會的報告呼吁在ITER的研究基礎(chǔ)上進一步發(fā)展。該報告得到了委員會22名成員的一致支持，其中包括來自圣地亞哥的兩名成員——加州大學(xué)圣地亞哥分校的所羅門(Solomon)和克里斯托弗·霍蘭德(Christopher Holland)。該委員會的報告警告說，美國在核聚變研究、開發(fā)和運營方面有落后于其他國家的風(fēng)險。但它沒有給出一個試點核聚變工廠的成本估計，也沒有對潛在的核聚變工廠選址提出建議。所羅門說，在這個早期階段，委員會不想冒險進行猜測。
所羅門說:“對于一個特定設(shè)施可能需要多少成本，或者它的特定任務(wù)實際上需要什么，人們有非常廣泛的意見。這份報告現(xiàn)在已提交給能源部的核聚變能源科學(xué)辦公室，該辦公室將權(quán)衡這些建議，考慮應(yīng)該實施哪些措施，以及向國會提出哪些資金請求。所羅門說，這份報告已經(jīng)從國會山的工作人員那里得到了“積極的反饋”。
美國當(dāng)選總統(tǒng)喬·拜登(Joe biden)提名前密歇根州州長詹妮弗·格蘭霍姆(Jennifer Granholm)擔(dān)任能源部(Department of Energy)部長，能源部高層也將發(fā)生變動。所羅門說:“兩黨普遍強烈支持核融合。”“考慮到新一屆政府已經(jīng)表示對解決氣候變化等問題感興趣，我希望并期待這一計劃能夠繼續(xù)得到支持。”
