和目前所知的所有能源相比,氘(deuterium)与氚(tritium)核聚变产生的能源是最理想的,不僅燃料充足,又不产生溫室气体及高放射性核废料,將可大幅地降低环境污染问题。目前有两种方式可望达成热控核融合发电的目标:磁场控制核聚变、和激光核聚变。此两种方法都还在实验阶段,但就现阶段的研究结果显示前者的可行性较高。磁场控制核聚变以托克马克(tokamak)的磁约束装置较为先进;LZ转文提到的洛克希德-马丁的装置属于这种。
虽然核聚变的研究从上世纪50 年代就开始了,其理论基础、实验、技术以及工程知识也都已逐渐成熟。但目前的托克马克装置都是使用辅助的加热源,如中子束入射(neutral beam injection, NBI)、和正离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonant Heating, ICRH)、和电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonant Heating, ECRH),其脉冲时间短暂大约在几秒到几十秒间;目前仍没有核聚变装置能够维持超过一分钟的脉冲长度。一座具有经济效益的核融合反应器,需在无辅助加热源的情况下,能自行持续维持核聚变反应运行。因此,必须利用氘和氚核聚变后产生的α粒子(具有3.5 百万电子伏特能量)为加热源,与背景高温等离子体相互作用,以持续维持核聚变反应的运行, 而不是依靠辅助热源所产生的其他高能粒子。也就是说,为了把高温等离子体加热到能够产生核反应的温度,加热系统提供能量的效率必须能够克服高温等离子体能量的耗散;如技术上能做到良好的能量交换及保存的话,核聚变反应所产生的高能α粒子将可用来平衡能量的流失,聚变反应便可以在不需要外部供应能量的状态下持续发生。
然而, 直到今天,α粒子与背景高温等离子体相互作用仍存在大量未知的物理机制需要通过实验来研究。国际热核实验反应炉(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)是科学家合作设计的一座能自行持续维持核聚变反应的托克马克反应炉之一;该装置高约十层楼,大半径(major radius)超过6 米、小半径(minor radius)也达 2米,体积达到837 立方米的环形容器,
并由超导电磁线圈环绕产生10 Tesla 的磁场强度,以维持高温等离子体的温度(10 − 20 keV)和密度(1014cm−3)。在体积800 多立方米的ITER 内,实际上只有几克氘和氚燃料,只在超高温时等离子体才发生核聚变。
要在10 年内实现建造具有工业规模的核聚变发电站或装置,科学家们还需克服多重困难。首先需要解决的是如何改善等离子体的约束性能。在超高温下,粒子的碰撞会使粒子横越磁力线,携带能量逃逸。此外,当等离子体和磁场的自由能被激发后,会造成磁场的不稳定,造成磁场出现变形、磁场重联、或等离子体撞上核聚变反应室的内壁。另一重困难是如何在不需要辅助加热下,使反应炉自动维持核融合反应,暨将核聚变反应所产生的高能α粒子用来平衡能量的流失;这需要科学与技术上的重大突破。
洛-马丁的反应堆装置同样需要攻克这些难关。目前,该技工只是提出了一个建造小型核聚变发电装置原型的计划,可能只是将内似ITER的装置小型化吧。