等离子体是一种区别于固态、液态、气态之外的第四种物质形态，是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。

    物质当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，变成由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的等离子体。

    等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。恒星不断地发出这种等离子体，比如太阳中心区的温度超过一千万摄氏度，太阳中的绝大部分物质处于等离子体状态。

    等离子体物理主要研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。19世纪以来对于气体放电的研究、20世纪初以来对于高空电离层的研究，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。特别是从20世纪50年代起为了利用轻核聚变反应解决能源问题，以探索、开发、解决人类无限而清洁的新能源。

    研究高温等离子体性质，以及如何实现并维持上亿摄氏度高温等离子体的长时间连续运行，以获得可控的清洁、安全、用之不竭的聚变能，一劳永逸地解决人类社会发展的能源需求，对人类及地球长期可持续发展意义重大，不仅可以满足人类发展对未来能源的需求，大大降低人类对矿石能源的追逐引发战争的风险，也避免因过度开发导致的环境污染等难题，更好地保护地球。

    自从上个世纪四五十年代原子弹、氢弹这些破坏性杀伤性武器问世，人们就希望将这些核能开发出来作为能源使用。基于核裂变反应的核电站已经为人类提供了大量能源，但是由于其存在安全隐患以及放射性核费料的处理等难题，其发展受到了很大限制。

    虽然太阳、氢弹等都是基于核聚变反应释放大量光和热的，但是到目前为止人们还不能够有效实现核聚能的应用。太阳主要依靠重力来约束高温等离子体的聚变反应来产生光和热，并且不存在一个固体边界。而在地球上实现可控核聚变，必须解决高温等离子体约束及固体边界问题，以实现并维持上亿摄氏度高温等离子体的长时间连续运行，为人类提供丰富无限的清洁能源，以满足未来社会不断发展对能源的重大需求。

    目前可控核聚变研究主要有两种途径，一种是惯性约束核聚变，另一种是磁约束核聚变。

    惯性约束核聚变是利用强激光等驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（氘、氚）形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的，因而称为惯性约束聚变。

    磁约束热核聚变就是用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出热量。磁约束热核聚变是实现长时间稳定输出聚变能的最有希望的途径，是等离子体物理学的一项重大应用。

    经过半个多世纪的科学研究，磁约束核聚变研究中大量复杂物理过程已经有足够认识，在高温等离子体控制、加热、约束、超导磁体、壁材料，以及等离子体与壁相互作用等研究方面取得了重大进展，全超导托卡马克实现了较长时间的稳态高温等离子体，并且已经实现了聚变增益接近1的氘氚运行，基本解决了未来聚变堆发展相关的理论和技术难题，为聚变能开发应用打下了坚实基础。

    由中、美、俄、欧盟、日本、韩国、印度七方组成的国际聚变能组织正在稳步推进国际热核聚变实验堆（ITER）建设，采用氘氚运行，有望实现上亿摄氏度高温等离子体自持燃烧数百秒，输出大于输入能力5到10倍的聚变能，为下一步开展具有商业应用前景的聚变堆提供理论和技术支持。

    中国科学院等离子体物理研究所是中国热核聚变研究的重要基地，在高温等离子体物理实验及核聚变工程技术研究处于国际先进水平，先后建成常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M，我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”（HT-7），世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置“东方超环”（EAST），并在物理实验中获得了一系列国际先进或独具特色的成果。  

    （作者系中国科学院等离子体物理研究所研究员）