等離子體是一種區(qū)別于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外的第四種物質(zhì)形態(tài)，是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體，它占了整個宇宙的99%。
物質(zhì)當(dāng)被加熱到足夠高的溫度或其他原因，外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子離開原子核，變成由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的、一團均勻的等離子體。
等離子體由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)。等離子體可分為兩種:高溫和低溫等離子體。高溫等離子體只有在溫度足夠高時發(fā)生的。恒星不斷地發(fā)出這種等離子體，比如太陽中心區(qū)的溫度超過一千萬攝氏度，太陽中的絕大部分物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)。
等離子體物理主要研究等離子體的形成及其各種性質(zhì)和運動規(guī)律的學(xué)科。19世紀以來對于氣體放電的研究、20世紀初以來對于高空電離層的研究，促使等離子體物理學(xué)研究蓬勃發(fā)展。特別是從20世紀50年代起為了利用輕核聚變反應(yīng)解決能源問題，以探索、開發(fā)、解決人類無限而清潔的新能源。
研究高溫等離子體性質(zhì)，以及如何實現(xiàn)并維持上億攝氏度高溫等離子體的長時間連續(xù)運行，以獲得可控的清潔、安全、用之不竭的聚變能，一勞永逸地解決人類社會發(fā)展的能源需求，對人類及地球長期可持續(xù)發(fā)展意義重大，不僅可以滿足人類發(fā)展對未來能源的需求，大大降低人類對礦石能源的追逐引發(fā)戰(zhàn)爭的風(fēng)險，也避免因過度開發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境污染等難題，更好地保護地球。
自從上個世紀四五十年代原子彈、氫彈這些破壞性殺傷性武器問世，人們就希望將這些核能開發(fā)出來作為能源使用。基于核裂變反應(yīng)的核電站已經(jīng)為人類提供了大量能源，但是由于其存在安全隱患以及放射性核費料的處理等難題，其發(fā)展受到了很大限制。
雖然太陽、氫彈等都是基于核聚變反應(yīng)釋放大量光和熱的，但是到目前為止人們還不能夠有效實現(xiàn)核聚能的應(yīng)用。太陽主要依靠重力來約束高溫等離子體的聚變反應(yīng)來產(chǎn)生光和熱，并且不存在一個固體邊界。而在地球上實現(xiàn)可控核聚變，必須解決高溫等離子體約束及固體邊界問題，以實現(xiàn)并維持上億攝氏度高溫等離子體的長時間連續(xù)運行，為人類提供豐富無限的清潔能源，以滿足未來社會不斷發(fā)展對能源的重大需求。
目前可控核聚變研究主要有兩種途徑，一種是慣性約束核聚變，另一種是磁約束核聚變。
慣性約束核聚變是利用強激光等驅(qū)動器提供的能量使靶丸中的核聚變?nèi)剂?氘、氚)形成等離子體，在這些等離子體粒子由于自身慣性作用還來不及向四周飛散的極短時間內(nèi)，通過向心爆聚被壓縮到高溫、高密度狀態(tài)，從而發(fā)生核聚變反應(yīng)。由于這種核聚變是依靠等離子體粒子自身的慣性約束作用而實現(xiàn)的，因而稱為慣性約束聚變。
磁約束熱核聚變就是用特殊形態(tài)的磁場把氘、氚等輕原子核和自由電子組成的、處于熱核反應(yīng)狀態(tài)的超高溫等離子體約束在有限的體積內(nèi)，使它受控制地發(fā)生大量的原子核聚變反應(yīng)，釋放出熱量。磁約束熱核聚變是實現(xiàn)長時間穩(wěn)定輸出聚變能的最有希望的途徑，是等離子體物理學(xué)的一項重大應(yīng)用。
經(jīng)過半個多世紀的科學(xué)研究，磁約束核聚變研究中大量復(fù)雜物理過程已經(jīng)有足夠認識，在高溫等離子體控制、加熱、約束、超導(dǎo)磁體、壁材料，以及等離子體與壁相互作用等研究方面取得了重大進展，全超導(dǎo)托卡馬克實現(xiàn)了較長時間的穩(wěn)態(tài)高溫等離子體，并且已經(jīng)實現(xiàn)了聚變增益接近1的氘氚運行，基本解決了未來聚變堆發(fā)展相關(guān)的理論和技術(shù)難題，為聚變能開發(fā)應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)。
由中、美、俄、歐盟、日本、韓國、印度七方組成的國際聚變能組織正在穩(wěn)步推進國際熱核聚變實驗堆(ITER)建設(shè)，采用氘氚運行，有望實現(xiàn)上億攝氏度高溫等離子體自持燃燒數(shù)百秒，輸出大于輸入能力5到10倍的聚變能，為下一步開展具有商業(yè)應(yīng)用前景的聚變堆提供理論和技術(shù)支持。
中國科學(xué)院等離子體物理研究所是中國熱核聚變研究的重要基地，在高溫等離子體物理實驗及核聚變工程技術(shù)研究處于國際先進水平，先后建成常規(guī)磁體托卡馬克HT-6B、HT-6M，我國第一個圓截面超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置“合肥超環(huán)”(HT-7)，世界上第一個非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置“東方超環(huán)”(EAST)，并在物理實驗中獲得了一系列國際先進或獨具特色的成果。(作者系中國科學(xué)院等離子體物理研究所研究員)
