在发展核裂变能的同时，中科院还有一批科研人员在探索另一类未来先进核能技术——可控的核聚变能技术。
“聚变能是核能发展的最终目标，聚变能可以为碳中和的实现作出重大贡献。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说。
核聚变相当于用力把一堆原子捏到一起，然后释放出能量。核聚变反应条件苛刻，不仅需要达到千万甚至上亿摄氏度的高温，还需要巨大的压力。因此，如何触发反应，是核聚变能技术的一大难点。
彭子龙告诉《中国科学报》，中科院科研人员在核聚变能技术上有两个努力方向，一是磁约束的核聚变，二是惯性约束的核聚变。
磁约束核聚变，是通过托卡马克装置产生强大的磁场，把等离子体约束在尽可能小的范围内并将其持续加热并维持在数千万甚至上亿度的高温，以达到核聚变对温度的要求。
早在上世纪70年代，位于合肥的中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所就开始了核聚变相关研究，并于上世纪90年代启动磁约束的核聚变能技术——超导托卡马克的研究。
2006年，被誉为“人造太阳”的东方超环正式建成，成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。同年，以中科院为主导的中国团队加入国际热核聚变实验堆计划，成为全球探索“人造太阳”新能源队伍中的重要一员。
2021年12月30日，东方超环实现7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒。
惯性约束核聚变，是将聚变材料制成仅约一两个毫米的靶丸，然后从四面八方均匀射入高能激光束以持续压缩并最终引爆小球，形成微型“氢弹”爆炸，产生热能。为了验证这种原理，美国在2009年建成了国家点火装置（NIF）。
在我国，上世纪60年代，中科院上海光学精密机械研究所开启了我国激光惯性约束核聚变能的研究历程。上世纪80年代，为了追赶国际研究的步伐，上海光机所开始了大型综合性激光装置——“神光”的预研工作，并于1986年建成，1994年装置退役后被称为“神光—I”。2000年和2015年，我国又先后建成神光—II激光装置和神光—III主机激光装置并投入使用。
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