100年前，爱因斯坦预见了在原子核中蕴藏着巨大的能量。依据他提出的质能方程E＝mc²，核聚变的原理看上去极其简单：两个轻核在一定条件下聚合成一个较重核，但反应后质量有一定亏损，将释放出巨大的能量。1939年，美国物理学家贝特证实，一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现揭示了太阳“燃烧”的奥秘。实际上，太阳上的聚变反应已经持续了50亿年。在宇宙中的其他恒星上，也几乎都在燃烧着氢的同位素———氘和氚。1952年美国试爆了第一颗氢弹，促使科学家考虑如何控制核聚变反应在瞬间爆发的毁灭性能量，“人造太阳”之梦由此而始。
接下来的50年里，再造“太阳”的难度超出了所有科学家的预计。马里兰大学的物理学家William Dorland在接受《自然》杂志采访时感叹，核聚变之所以进展缓慢，是因为“我们对等离子体的不稳定性和紊乱性知之甚少”。由于存在巨大的引力场，在太阳核心1500万摄氏度、表面6000摄氏度的条件下均可轻松进行聚变反应。如果不需要控制能量输出，在地面制造核聚变也不是棘手的难题：氢弹就是把原子弹当“火柴”，来“点燃煤球”。但要实现可控，过程则极为艰难。
科学家首先要把反应燃料加热到10万摄氏度，成为等离子体，即电子获得一定的能量摆脱原子核的束缚，原子核能够完全裸露出来，为碰撞做准备。然后他们要把这些等离子体继续加热到上亿度，使原子核拥有足够的动能克服库仑斥力，聚合在一起。为了避免在瞬间产生巨大的能量，等离子体的密度必须维持在合适的水平。
做到了这一步，还没有真正实现可控。这些上亿度的等离子体，还必须在足够长的时间里“老实地呆在容器里”，使聚变反应稳定持续地进行，“不能以每秒超过1000公里的速度乱跑，也不能碰到容器的内壁”。一个难题是，用什么来装1亿度高温的等离子体？前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念，期望用“无形的河床来约束河水”———环行磁场。在磁场中，带正电的原子核会沿着磁力线做螺旋式运动。此外，高功率的激光束也被用来充当“魔瓶”。
尽管科学家突破了一个又一个障碍，但距离“太阳”的光芒依然遥远。
1）花了上百亿，聚变研究就是个烧钱的无底洞
堆积如山的技术难题、不断攀升的巨额成本面前，世界上最大的科学工程之一——国际热核聚变实验堆（ITER）计划不得不修改既定的时间表。ITER理事会近日签署了最新的完整日程计划，确定在2025年12月实现第一束等离子体，这比原计划推迟了5年。为此，理事会正要求这一大型项目的七个成员方——中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国额外增加40亿欧元的支出。
作为目前世界上规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER项目由上述七方主导，35国共同参与，覆盖人口超过全球一半，是目前世界上仅次于国际空间站的国际大科学工程计划。ITER旨在证明核聚变能在工程和经济上的可行性，以解决人类未来能源问题，为达到这一目标，需要将两个氢同位素——氘和氚加热到1亿摄氏度以上。由于其研究的受控核聚变获得能量的原理与太阳释放光热相同，故也被称为“人造太阳”计划。
正在法国南部卡达拉什附近建造的ITER托卡马克装置将有10层楼高，重量是埃菲尔铁塔的3倍。包裹着超导磁体的托卡马克装置就像一个“磁笼”，氢同位素等离子体就被约束在这“磁笼”中，被不断挤压和加热从而接近聚变条件。受控的核聚变反应能够释放超过社会消耗量十倍的能量。
按照计划，ITER的建造期10年，最初设定从2016年开始运行，建造阶段的总费用约为50亿欧元；运行期20年，总费用约50亿欧元；去活化阶段5年，预计费用8亿欧元；最后装置交由东道国退役。按其时间表，如果不出意外，借助ITER项目，各方或将在本世纪中叶建造商用聚变堆。但迄今为止，这还只是一个梦想。
如今，ITER的预估总造价已经超过了150亿欧元。今年5月，ITER项目总负责人贝尔纳·比戈（Bernard Bigot）称，ITER的建成时间可能比计划推迟十年以上，并有可能需要额外的40亿欧元。他说，早先预计2020年产生第一个等离子体，2023年实现完全聚变，（现在看来）是“完全不现实的”。比戈还悲观地预计，2025年之前不能进行第一次超热等离子测试，2035年之前也无法进行第一次全功率聚变。
多年来，人们对这些数字的信心和对ITER的耐心正在逐渐消减。由于耗资巨大且成本不断上升，美国在ITER议题上始终摇摆不定。根据预测，美国对ITER的资金支持将不仅是一开始估计的11亿美元，而很可能是40亿~60亿美元，这无疑将严重挤占其国内其他科研项目的经费。去年，欧洲议会预算控制委员会也批评ITER总部“付款太晚和预算不断增长”。
2）技术存在巨大挑战，聚变或许已走进死胡同
目前托卡马克进展缓慢：
(a)到目前为止，等离子体能量盈亏平衡从未在聚变装置中实现过，能量释放的最高纪录由JET在1997年创造并保持，其能量增益Q值达到0.67。截止目前为止，尚无聚变装置突破这个记录。
(b)聚变三重积（温度、密度以及能量约束时间）作为衡量聚变堆性能一个重要参数，相对于上世纪90年代取得的峰值，ITER并没有一个质的提高（一个量级的提高）。
(c)在等离子体自持燃烧和稳态运行、材料抗辐照性能、氚自持等方面仍然面临严峻的挑战。
(d)而被人寄予厚望的国际热核聚变装置ITER自1986年提出以来，已经一拖再拖，能否在2035年实现D-T运行也仍然让人担忧。
