6.可控核反应发电站——核电站
与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不直接排放有害物质，也不会造成“温室效应”，能改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境。
世界上核电国家多年统计资料表明，虽然核电站投资高于燃煤电厂，但是，由于核燃料成本远远地低于燃煤成本，相反，核燃料反应所释放的能量却远远高于化石燃料燃烧所释放出来的能量，而且核燃料来源较广，这就使得核电站总发电成本低于烧煤电厂。
7.核能是可持续发展的能源
据估计，世界上核裂变的主要燃料铀的储量为490万吨。这些裂变燃料足可以用到聚变能时代到来。核聚变的燃料是氘和氚，l升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中产生约等于300升汽油的能量，即“1升海水约等于300升汽油”。地球上海水中有40多万亿吨氘，足够人类使用百亿年。氚是从锂元素分裂而来，地球上锂储量2000多亿吨。锂可用来制造氚，地球上能够用于核聚变的氘和氚的数量，可供人类使用上千亿年。太阳已经燃烧了50亿年，专家测算还能燃烧50亿年。有关能源专家认为，如果解决了核聚变技术，人类将从根本上解决能源问题，直到太阳系毁灭。
四、如何约束核聚变
苛刻的受控核聚变条件
目前主要的核聚变类型有
D+D→T+P
D+D→3He+n
D+T→4He +n
D+3He→4He+p
3He+3He→4He+2p
其中：D-氘，T-氚，P-质子，n-中子
在这些聚变中，氘-氚聚变是相对容易实现的一种核聚变。以此来讨论要实现受控核聚变必须须具备以下物理条件：
①超高温度：氘和氚的混合材料的热核聚变反应温度在1亿度以上。在这种温度下，氘氚混合气体已完全电离，成为带正电的氘、氚原子核和带负电的自由电子混合而成的等离子体。
②等离子体约束：将上述等离子体约束起来，才能增大聚变反应的几率，相遇的概率才够大，不至于失散。
③劳森判据：简而言之，就是氘、氚原子核和自由电子混合的等离子如果要发生持续受控核聚变，在温度、粒子数密度和具体约束时间上需要满足的定量关系。这是从能量角度得出的，只有核反应产生的能量大于维持系统反应基本所需能量时，持续的核聚变才可能发生。
磁约束实现受控核聚变
磁约束就是通过磁场来约束参与反应的混合等离子体。
在长圆柱体空间里的等离子因为带电荷受洛伦兹力而做圆周运动。磁场中所有的等离子体就好像串绕在一条一条磁力线上，沿着磁力线作半径微小的螺旋形运动。这样就实现了对这些等离子体的约束，直到粒子之间的碰撞使它们离开各自原来串绕的磁力线。另一方面，作螺旋形运动的带电粒子，就是一个微小的螺旋形的电流。
这种磁约束可将原来是自由等离子体状态的体积缩小106倍。但这种约束作用，只表现在垂直于磁场的方向；在平行于磁场的方向，等离子体仍没有得到约束，在磁场圆筒方向上要求长度足够长。这样会引起等离子体沿圆筒真空室两端逸出的损失。
目前，磁约束聚变装置类型有托卡马克、球形托卡马克、仿星器、磁镜、箍缩装置、球马克、内环装置等。托卡马克是由前苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿尔齐莫雄奇等首先提出来的，它的结构最简单，在其上所获得的等离子体参数却是到目前为止最好的，也是有可能最先建成的热核聚变反应堆。
激光惯性约束实现受控核聚变
惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压，，就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短，只有几个皮秒。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万个千瓦级的发电站。实质上，这种热核反应就相当于微型氢弹爆炸。
在美国劳伦斯-利弗莫尔实验室的国家点火设施中，科学家们正在试验用激光束来诱发聚变。
NIF长215米，宽120米，大约同古罗马圆形竞技场一样大，位于美国加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室。
NIF将192条激光束集中于一个花生米大小的、装有重氢燃料的目标上。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光——这些能量是美国所有电站产生的电能的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生X光。这些X光会集中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。NIF研究小组估计，X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。但是，人们希望NIF做更多工作。它的激光还能够模拟中子星、行星内核、超新星和核武器中存在的巨大压力、灼热高温和庞大磁场。加利福尼亚州将成为物理学家检验他们有关宇宙中最极端情况的理论的地方。
利弗莫尔有850名科学家和工程师。另外大约有100名物理学家在那里设计实验。192束激光中有4束已经工作了24个月，并已经发射出世界上最强的激光。NIF的工程自1994年开工以来延期了很多次，但它最终的目标是2010年实现聚变反应，并达到平衡点。
中国的激光热核“点火”——“神光”计划在不断的研究探索中。中国科学院和中国工程物理研究院从20世纪80年代开始联合攻关，承担了“神光”系列激光系统的研制和惯性约束核聚变物理实验，取得了举世瞩目的成就。
惯性约束涉及很多等离子体动力学问题，如激波加热问题。在爆聚过程中，对激光束的输出功率进行调制，使等离子体产生一系列激波，并在所要求的时间内同时收缩到中心，则可使密度增大1000倍，理论上要达到这种效果，大约需要7个激波。另外由于爆聚过程相当于轻流体驱动重流体作加速运动，会产生不稳定性。其后果不仅使爆聚失去对称性，影响压缩比，而且会产生强烈混合，降低燃烧率。这是实现激光核聚变的主要障碍之一。
五、核能发电的历程
核能发电千难万险
核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展，最初出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦的核电站——奥布宁斯克核电站。
接着，英、美等国相继建成各种类型的核电站。到1960年，有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电成本已低于火力发电。核能发电迈入实用阶段。
1978年，全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦以上的核电站反应堆达200多座，总装机容量107776兆瓦。80年代，因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16%。
中国内地核电起步较晚，上世纪80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦秦山核电站于1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，1994年全部并网发电。新世纪开始，我国陆续建设了一批核电站，但总量只是发达国家一个零头。
中国核电急起猛追
近两年来，由于国民经济持续快速增长，电力包括煤炭、石油等能源开始出现十几年前中国经济起飞时期的瓶颈制约征兆。随着中国经济的增长，作为主要动力的电力，预计到2020年装机总量将达到8亿～9亿千瓦左右，如全部用煤，必须新增12亿吨以上，目前中国每年煤炭发电排放的二氧化硫已达810万吨，由此将给资源、采掘、运输及环境带来难以承受之重。
在这种情况下，中国迫切需要寻找一种经济、高效的新能源。而风电、太阳能发电、潮汐发电等各类新能源，至今尚未解决大规模生产电力及经济性问题。目前，能大规模生产电力的方式唯有核电。因此，加快发展核电，成为解决中国电力供应问题的必然选择。
秦山核电站是中国自行设计建造的30万千瓦原型压水堆核电站，已有十多年安全运行的良好业绩，被誉为“中国之光荣”。在此基础上的秦山二期核电站为我国核电自主化事业进一步发展奠定坚实的基础。秦山三期核电站是中国和加拿大合作建造的我国第一座重水堆核电站。
20年来，中国核电发展进展显著，但距世界水平仍有很大的差距。目前全球核电占电能的比重平均为17%，已有17个国家核电在本国发电量中的比重超过25%。中国核发电量占总量却不到2%，远不到世界平均水平，更低于法国、美国85%和30%的水平。长远来看，中国核能发电潜力巨大。根据规划，到2020年，中国核电装机比重将从目前的1.6%上升到4%左右，核电装机容量将达到3600万千瓦。这个速度相当于每年建一座“大亚湾”。它将有效地解决资源及环境问题，产生良好的社会效益。
2008年，中国核能发电行业实现累计工业总产值，比上年同期增长5.13%；实现累计利润总额105亿元，比上年同期增长78.86%。这是巨大的成绩。
中国目前建成和在建核电站总装机容量为870万千瓦，国家发展改革委员会正在制定我国核电发展民用工业规划，2020年电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电将占电力总容量的4%，即核电2020年将为3600万～4000万千瓦。也就是说，到2020年，中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级核电站。
六、中国“人造太阳”引发世界冲击波
最近几年，世界各国能源界都在关心一件事，就是中国造出了一个“人造太阳”。其性能世界领先，为世界未来的清洁能源发展提供基础。这就是中科院等离子物理研究所经过8年艰苦奋斗建造成的全超导的托卡马克试验装置。所谓试验装置，就是说它还不是真正的可发电的核聚变电站，它的重大意义在于为未来可实用的真正“人造太阳”提供物理原理和技术工艺方面的可行性。
亿万年来，地球上万物靠着太阳源源不断的能量维持自身发展。在太阳的中心，温度高达1500万℃，气压达到3000多亿个大气压。在这种高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地辐射着能量。“二战”以后，科学家模拟太阳中的核爆炸反应，研制出氢弹。其巨大的能量，足以把城市从地球上抹去。正因为这种魔鬼般的力量，才扼制了氢弹的使用。
此后，科学家又想方设法控制这种反应，让它的巨大能量能安全平稳地为人类服务，于是就有了托卡马克装置。近60多年来，世界上研制成各种各样的托卡马克装置100多台，都因为技术难题太多，离实用型样机太远。苏联科学家在20世纪50年代初率先提出磁约束概念，并在1954年建成第一个磁约束装置——形如中空面包圈的环形容器“托卡马克”，又称环流器。
中国托卡马克装置世界领先
2006年8月28日，中科院合肥物质科学研究院等离子体所自行设计、研制的世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置”，在进行的首轮物理放电实验过程中，成功获得电流超过200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。这标志着世界上新一代超导托卡马克核聚变实验装置正式投入运行，综合性能比国外先进，使我国核聚变研究迈出一大步。国际聚变顾问委员会给出评价：“EAST是世界聚变核能开发的杰出成就和重要里程碑。”
该所承担的EAST全超导托卡马克实验装置，是国家“九五大科学工程”。2000年10月正式获准开工建设，于2005年底完成主机总装以及各分系统研制和安装工作。
EAST的科学目标是通过实验研究，为未来建造稳态、高效、安全的实用化托卡马克类型的聚变反应堆，提供工程技术和物理基础。该装置集全超导和非圆截面两大特点于一身，且具有主动冷却结构。它能产生稳态的、具有先进运行模式的等离子体，国际上尚无成功建造的先例。