簡要概況
國際熱核聚變實驗堆計畫國際熱核聚變實驗堆（ITER）計畫，簡稱“（ITER）計畫”，（ITER：International thermonuclear Experimental Reactor），ITER計畫倡議於1985年，並於1988年開始實驗堆的研究設計工作。經過十三年努力，耗資十五億美元，在集成世界聚變研究主要成果基礎上，ITER工程設計於2001年完成。此後經過五年談判，ITER計畫七方2006年正式簽署聯合實施協定，啟動實施ITER計畫。ITER計畫將歷時35年，其中建造階段10年、運行和開發利用階段20年、去活化階段5年。
中國政府堅定支持中國參與ITER計畫，胡錦濤多次就此做出重要指示。經過深入調研和充分論證，中國政府於2003年1月決定正式參加ITER計畫談判。此後，中國還積極推動談判進程，為儘早啟動實施ITER計畫進行不懈努力，這期間，中國先後承辦了ITER第九次和第十一次政府間談判會議。ITER計畫是目前世界上僅次於國際空間站的又一個國際大科學工程計畫。該計畫將集成當今國際上受控磁約束核聚變的主要科學和技術成果，首次建造可實現大規模聚變反應的聚變實驗堆，將研究解決大量技術難題，是人類受控核聚變研究走向實用的關鍵一步，因此備受各國政府與科技界的高度重視和支持。
核聚變研究是當今世界科技界為解決人類未來能源問題而開展的重大國際合作計畫。與不可再生能源和常規清潔能源不同，聚變能具有資源無限，不污染環境，不產生高放射性核廢料等優點，是人類未來能源的主導形式之一，也是目前認識到的可以最終解決人類社會能源問題和環境問題、推動人類社會可持續發展的重要途徑之一。ITER計畫是實現聚變能商業化必不可少的一步，其目標是驗證和平利用聚變能的科學和技術可行性。ITER計畫集成了當今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學和技術成果，擁有可靠的科學依據並具備堅實的技術基礎。國際上對ITER計畫的主流看法是：建造和運行ITER的科學和工程技術基礎已經具備，成功的把握較大，經過示範堆、原型堆核電站階段，可在本世紀中葉實現聚變能商業化。
協商合作
ITER計畫是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。它的建造大約需要十年，耗資五十億美元（1998年值）。合作承擔ITER計畫的七個成員是歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。為建設ITER，各參與方專門協商組建了一個獨立的國際組織，各國政府首腦在過去幾年中都採取不同方式對參加ITER計畫作出過正式表態。這些都是國際科技合作史上前所未有的，充分顯示了各國政府和科技界對該計畫的高度重視。
ITER計畫的實施結果將決定人類能否迅速地、大規模地使用聚變能，從而可能影響人類從根本上解決能源問題的進程。在全世界都對人類能源、環境、資源前景等問題予以高度關注的今天，各國堅持協商、合作的精神，擱置諸多的矛盾和利害衝突，最終達成了各方都能接受的協定，並開始合力建設世界上第一座聚變實驗堆。
聚變原理
歐盟、美、中、俄等2006年草簽系列合作協定如果說重原子核在中子打擊下分裂放出的"裂變能"是當今原子能電站及核子彈能量的來源，則兩個氫原子核聚合反應放出"核聚變能"就是宇宙間所有恆星（包括太陽）釋放光和熱及氫彈的能源。人類已經能控制和利用核裂變能，但由於很難將兩個帶正電核的輕原子核靠近從而產生聚變反應，控制和利用核聚變能則需要歷經長期的、非常艱苦的研發歷程。在所有的核聚變反應中，氫的同位素---氘和氚的核聚變反應（即氫彈中的聚變反應）是相對比較易於實現的。
氘氚核聚變反應也可以釋放巨大能量。氘在海水中儲量極為豐富，一公升海水裡提取出的氘，在完全的聚變反應中可釋放相當於燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應堆中通過鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應的產物沒有放射性，中子對堆結構材料的活化也只產生少量較容易處理的短壽命放射性物質。聚變反應堆不產生污染環境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應氣體。再考慮到聚變堆的固有安全性，可以說，聚變能是無污染、無長壽命放射性核廢料、資源無限的理想能源。受控熱核聚變能的大規模實現將從根本上解決人類社會的能源問題。
考慮到氘和氚原子核能產生聚變反應的條件，若要求氘、氚混合氣體中能產生大量核聚變反應，則氣體溫度必須達到1億度以上。在這樣高的溫度下，氣體原子中帶負電的電子和帶正電的原子核已完全脫開，各自獨立運動。這種完全由自由的帶電粒子構成的高溫氣體被稱為"電漿"。因此，實現"受控熱核聚變"首先需要解決的問題是用什麼方法及如何加熱氣體，使得電漿溫度能上升到百萬度、千萬度、上億度。但是，超過萬度以上的氣體是不能用任何材料所構成的容器約束，使之不飛散的，因此必須尋求某種途徑，防止高溫電漿逃逸或飛散。具有閉合磁力線的磁場（因為帶電粒子只能沿磁力線運動）是一種最可能的選擇。
對不同設計出的"磁籠"中電漿運動行為及防止逃逸的研究（即所謂穩定性研究），成為實現受控熱核聚變的第二個難點。如果要使高溫電漿中核聚變反應能持續進行，上億度的高溫必須能長時間維持（不論靠聚變反應產生的部分能量，或外加部分能量）。或者可以說，電漿的能量損失率必須比較小。提高磁籠約束電漿能量的能力，這是論證實現磁約束核聚變的科學可行性的第三個主要內容。除了驗證科學可行性外，建設一個連續運行的聚變反應堆還需要解決加料、排廢、避免雜質、中子帶出能量到包層、產氚及返送以及由於聚變反應產生大量帶電氦原子核對電漿的影響等一系列科學和工程上的難題。
科技部副部長劉燕華（中）代表中國政府簽署從20世紀40年代末起，各國就開發了多種磁籠途徑，並由之出發，對聚變能科學可行性展開了不同規模的理論與實驗探索研究。投入科學家及工程師上千人，經費總計每年超過10億美元。各途徑競爭非常激烈，其間紛爭不斷。在這過程中，人們對實現聚變能難度的認識也逐步加深。但從20世紀70年代開始，蘇聯科學家發明的"托克馬克"途徑逐漸顯示出了獨特的優點，並在80年代成為聚變能研究的主流途徑。托克馬克裝置又稱環流器，是一個由環形封閉磁場組成的"磁籠"。電漿就被約束在這"磁籠"中，很像一個中空的麵包圈,電漿環中感生一個很大的環電流。隨著各國大小不一的托克馬克裝置的建成、投入運行和實驗，托克馬克顯示了較為光明的前景：電漿達到了數百萬度，電漿約束也獲得了明顯效果。科學家們認識到，如果擴大此類裝置的規模，有可能獲得接近聚變條件的電漿。
20世紀90年代，在歐洲、日本、美國的幾個大型托克馬克裝置上，聚變能研究取得突破性進展。不論在電漿溫度、在穩定性及在約束方面都已基本達到產生大規模核聚變的條件。初步進行的氘-氚反應實驗，得到16兆瓦的聚變功率。可以說，聚變能的科學可行性已基本得到論證，有可能考慮建造"聚變能實驗堆"，創造研究大規模核聚變的條件。
聚變套用
國際聚變界普遍認為，今後實現聚變能的套用將歷經三個戰略階段，即：建設ITER裝置並在其上開展科學與工程研究(有50萬千瓦核聚變功率，但不能發電，也不在包層中生產氚)；在ITER計畫的基礎上設計、建造與運行聚變能示範電站(近百萬千瓦核聚變功率用以發電，包層中產生的氚與輸入的氘供核聚變反應持續進行)；最後,將在本世紀中葉(如果不出現意外)建造商用聚變堆。我國將力爭跟上這一進程，儘快建造商用聚變堆，使得核聚變能有可能在本世紀末在我國能源中占有一定的地位。
發展歷程
國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）計畫由於聚變能的研究不僅關係到最終解決人類能源問題，而且還涉及眾多最先進且非常敏感的技術，因此，ITER計畫的形成除與科學技術本身的發展有關外，還始終與主要大國在政治和外交方面的考慮分不開。本文將主要從科學和技術角度作一些分析和說明。
1985年，作為結束冷戰的標誌性行動之一，前蘇聯領導人戈巴契夫和美國總統里根在日內瓦峰會上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動"國際熱核聚變實驗堆（ITER）"計畫。ITER計畫的目標是要建造一個可自持燃燒（即"點火"）的托可馬克核聚變實驗堆，以便對未來聚變示範堆及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。
最初，該計畫僅確定由美、俄、歐、日四方參加，獨立於聯合國原子能委員會（IAEA）之外，總部分設美、日、歐三處。由於當時的科學和技術條件還不成熟，四方科技人員於1996年提出的ITER初步設計很不合理，要求投資上百億美元。1998年，美國出於政治原因及國內紛爭，以加強基礎研究為名，宣布退出ITER計畫。歐、日、俄三方則繼續堅持合作，並基於上世紀90年代核聚變研究及其他高新技術的新發展，大幅度修改實驗堆的設計。2001年，歐、日、俄聯合工作組完成了ITER裝置新的工程設計（EDA）及主要部件的研製，預計建造費用為50億美元（1998年價），建造期8至10年，運行期20年。其後，三方分別組織了獨立的審查，都認為設計合理，基本上可以接受。
ITER建設總投資50億美元的各國份額2002年，歐、日、俄三方以EDA為基礎開始協商ITER計畫的國際協定及相應國際組織的建立，並表示歡迎中國與美國參加ITER計畫。中國於2003年1月初正式宣布參加協商，其後美國在1月末由布希總統特別宣布重新參加ITER計畫，韓國在2005年被接受參加ITER計畫協商。以上六方於2005年6月簽訂協定，一致同意把ITER建在法國核技術研究中心Cadarache，從而結束了激烈的"選址大戰"。印度於2006年加入ITER協商。最終，七個成員國政府於2006年5月25日草簽了建設ITER的國際協定。目前國際組織正在組建，總幹事和副總幹事人選已確定。還有一些國家也正在考慮參加ITER計畫。
在ITER建設總投資的50億美元（1998年值）中，歐盟貢獻46%，美、日、俄、中、韓、印各貢獻約9%。根據協定，中國貢獻中的70%以上由我國製造所約定的ITER部件折算，10%由我國派出所需合格人員折算，需支付國際組織的外匯不到20%。
作為聚變能實驗堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫電漿約束在體積達837立方米的"磁籠"中，產生50萬千瓦的聚變功率，持續時間達500秒。50萬千瓦熱功率已經相當於一個小型熱電站的水平。這將是人類第一次在地球上獲得持續的、有大量核聚變反應的高溫電漿，產生接近電站規模的受控聚變能。
在ITER上開展的研究工作將揭示這種帶有氘氚核聚變反應的高溫電漿的特性，探索它的約束、加熱和能量損失機制，電漿邊界的行為以及最佳的控制條件，從而為今後建設商用的核聚變反應堆奠定堅實的科學基礎。對ITER裝置工程整體及各部件在50萬千瓦聚變功率長時間持續過程中產生的變化及可能出現問題的研究，不僅將驗證受控熱核聚變能的工程可行性，而且還將對今後如何設計和建造聚變反應堆提供必不可少的信息。
ITER的建設、運行和實驗研究是人類發展聚變能的必要一步，有可能直接決定真正聚變示範電站（DEMO）的設計和建設，並進而促進商用聚變電站的更快實現。
ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克。其裝置中心是高溫氘氚電漿環，其中存在15兆安的電漿電流，核聚變反應功率達50萬千瓦，每秒釋放多達1020個高能中子。電漿環在禁止包層的環型包套中，禁止包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應所產生的所有中子。
國際熱核聚變實驗反應堆外觀模型在包層外是巨大的環形真空室。在下側有偏慮器與真空室相連，可排出核反應後的廢氣。真空室穿在16個大型超導環向場線圈（即縱場線圈）中。
環向超導磁體將產生5.3特斯拉的環向強磁場，是裝置的關鍵部件之一，價值超過12億美元。
穿過環的中心是一個巨大的超導線圈筒（中心螺管），在環向場線圈外側還布有六個大型環向超導線圈，即極向場線圈。中心螺管和極向場線圈的作用是產生電漿電流和控制電漿位形。
上述系統整個被罩於一個大杜瓦中，坐落於底座上，構成實驗堆本體。
在本體外分布4個10兆瓦的強流粒子加速器，10兆瓦的穩態毫米電磁波系統，20兆瓦的射頻波系統及數十種先進的電漿診斷測量系統。
整個體系還包括：大型供電系統、大型氚工廠、大型供水（包括去離子水）系統、大型高真空系統、大型液氮、液氦低溫系統等。
ITER本體內所有可能的調整和維修都是通過遠程控制的機器人或機器手完成。
ITER裝置不僅反映了國際聚變能研究的最新成果，而且綜合了當今世界各領域的一些頂尖技術，如：大型超導磁體技術，中能高流強加速器技術，連續、大功率毫米波技術，複雜的遠程控制技術等等。
國外發展
國際熱核聚變實驗堆花落法國國際熱核聚變實驗堆計畫參與各方2005年6月28日在莫斯科作出決定，世界第一個熱核聚變實驗堆將在法國建造。選址爭論分為兩派據路透社2005年6月29日報導，國際熱核實驗聚變堆計畫最早於1985年提出，其最早參與國有歐盟15個成員國以及加拿大、俄羅斯和日本。美國於1998年宣布退出該計畫之後，於2003年2月18日重新加入這項大型國際計畫，中國也於同一天正式加入該項計畫。2001年，反應堆設計以及一些關鍵原型的製造完成之後，各方就開始為了如何實施該計畫而進行多次磋商。其中，反應堆建在何處尤其引人注目。最初，歐盟的西班牙、法國以及日本和加拿大都提出了申請。2003年2月19日，國際熱核聚變實驗堆計畫參與各方在俄羅斯聖彼得堡作出決定，將於2013年前建成世界上第一個熱核反應堆，地點將在西班牙、法國、加拿大和日本4處候選地址中選擇。經過多輪較量，西班牙和加拿大退出，日本提出的在青森縣六所村和法國提出的在南部馬賽附近的卡達拉舍建造這個熱核反應堆的方案脫穎而出，成為最終入圍的兩個候選地址，這兩個候選地址各有特色，分別得到國際熱核聚變實驗堆計畫不同參與方的支持。日本提出的理由是，其修建地點靠近港口，並離一個美國軍事基地很近。日本政府並且表示願意承擔國際熱核聚變實驗堆計畫30%的費用。法國政府則強調，卡達拉舍有著現成的研究設施，那裡的氣候條件更好。在這場引人注目的爭論之中，美國、日本和韓國主張在日本六所村修建，而歐盟、俄羅斯和中國支持在法國修建。2004年1月29日，中國外交部發言人章啟月在例行的記者招待會上表示，中國支持法國建設國際熱核聚變堆項目。法國最後攤牌美國總統布希在成功連任後出於政治考慮改變了立場。他認為，如果無法贏得歐洲的支持，美國將更加難以從伊拉克泥潭中脫身，因此在反應堆選址問題上採取中立態度，這使日本一下失去了重要的政治砝碼。此後，法國政府堅持宣稱，法國核能研究實力雄厚，管理水平高，選擇法國是歐盟各國科技部長經過綜合考慮的結果。2004年1月12日，法國總理拉法蘭在全國及外國記者聯誼會上表示，歐洲人有可能單獨實施國際熱核聚變實驗堆計畫，儘管與美國握手言和的機會始終存在。法國聲言單幹的底氣一是來自整個歐盟的支持，二是因為法國的核能技術研究在世界上享有盛譽，法國全國發電量的75%來自核電，競爭力強大。2005年3月，歐盟再次聲明，歐盟已決定無論與日本的談判是否成功，今年年底都將在法國開工建設國際熱核聚變實驗堆。日本最終“有條件”放棄競爭在此之後，圍繞選址的爭執日益開始朝著對法國有利的方向發展。日本政府的態度也從毫無商量的可能轉變為一切好商量，出現了明顯鬆動。2005年5月2日，歐盟輪值主席國盧森堡的經濟、外貿大臣讓諾·克雷克在巴黎說，日本已同意與歐盟就國際熱核聚變實驗堆建在歐洲的可能性進行討論，而這種討論此前一直被日本拒絕。6月22日，日本《每日新聞》報導稱，日本已通知歐盟，將放棄此前與法國就國際熱核聚變實驗堆項目的選址之爭，這一決定將在28日於莫斯科召開的有該項目參與的六方會談上正式宣布。報導稱日本政府是在得到了豐厚的“交換條件”許諾之下才作出這一“讓步”的。日本“放棄”競爭的交換條件是，建在法國卡達拉舍的國際熱核聚變實驗堆項目總部中將有高達20%的工作崗位提供給日方，此外，日本的原料供應商也將分得該項目的一大杯羹：在整個項目中，日方投資約占10%。據悉，歐盟為了搶得國際熱核聚變;實驗堆對日本作出了巨大讓步：歐盟承擔46億歐元總建設費用中的40%。其餘的60%分別由法國、美國、日本、韓國、俄羅斯和中國各分攤10%。這樣一來，歐盟等於是承擔了總建設費用的一半。美國點火計畫在麻煩中前行
在地球上，核聚變最先是在氫彈中大量產生的。在氫彈中，引爆用的核子彈所產生的高溫高壓，使氫彈中的聚變燃料擠壓在一起，由於物質的慣性，在飛散之前產生大量聚變（也叫慣性約束核聚變）。只不過，氫彈爆炸威力巨大，人類無法控制它。
上個世紀60年代，利用該原理，前蘇聯科學家提出並證明了雷射可以使氘氚發生聚變。直到2009年，耗資35億美元的美國國家點火裝置（簡稱NIF）終於讓科學家看到了雷射核聚變實現的可能性，人類寄希望於能從該實驗室中獲得“取之不盡，用之不竭”的清潔核能。
這個世界上最大的雷射聚變機器坐落在加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的一個特大號“倉庫”里。在裝置內部，雷射器會產生192條雷射束，射向一個含氘氚的氫球形靶丸上使其崩潰，並產生一億攝氏度左右的高溫，從而觸發氫原子聚變，釋放大量能量。雷射和氫靶丸的碰撞過程極其短暫，僅持續數幾個納秒（1納秒等於10億分之1秒）。為了達至臨界點或者說點燃反應堆，雷射器的設計能量為1.8兆焦耳。
早在2012年，據《自然》雜誌報導，被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置（NIF）所發射出的雷射已經達到了2兆焦，也是雷射向核聚變能源邁出的第一步。
2013年10月7日，BBC新聞網報導，在9月末進行的一次聚變實驗中，聚變反應釋放出的能量超過了氫燃料球吸收的能量——在全世界聚變裝置中取得了里程碑突破。不過，記者尚未在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室官方網站上看到該訊息。
事實上，NIF項目並非一帆風順，NIF研究團隊點火目標的推進曾一推再推。《科學美國人》報導，2012年美國國家科學院專家小組的一份中期報告顯示，NIF雷射觸發核聚變的方法並不被十分看好。
2016年6月26日，耗資180億歐元的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）項目理事會日前證實，ITER核聚變反應堆將在2025年12月首次實現點火。
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