這是9月29日發表在《等離子體物理學雜志》上的七項新研究的成果。如果核聚變反應堆達到這一里程碑，它將為大規模生產清潔能源鋪平道路。

在核聚變過程中，原子核被迫聚集在一起，形成更重的原子。當產生的原子的質量小于產生它們的原子的質量時，多余的質量就會轉化為能量，釋放出大量的光和熱。核聚變為太陽和恒星提供了能量，因為它們中心的強大引力使氫聚變產生氦。

盡管要使原子在至少1.8億華氏度(1億攝氏度)的溫度下發生聚變，需要巨大的能量。但是這種反應產生的能量遠遠超過所需。與此同時，核聚變既不會產生導致全球變暖的二氧化碳等溫室氣體，也不會產生其他污染物。而聚變燃料——比如氫元素——在地球上是足夠豐富的，足以滿足人類數百萬年的能源需求。

麻省理工學院的等離子體物理學家，開發新反應堆的首席科學家之一，研究作者馬丁·格林瓦爾德說：“實際上，我們所有人都參與了這項研究，因為我們正在努力解決一個非常嚴重的全球性問題。” “我們希望對社會產生積極影響。我們需要找到解決全球變暖的方法，否則，人類文明將陷入困境。而核聚變反應堆似乎可以幫助解決這一問題。”

大多數實驗核聚變反應堆采用一種名為托卡馬克(tokamak)的環狀設計。這些設計利用強大的磁場在極端溫度下限制等離子云或電離氣體，溫度高到足以使原子融合在一起。這種新的實驗裝置被稱為SPARC(最快速/最小的私人資助的負擔得起的堅固緊湊的)反應堆，由麻省理工學院的科學家和一家附屬公司聯邦聚變系統公司開發。

如果成功，SPARC將成為第一個實現“燃燒等離子體”的設備，其中所有聚變反應產生的熱量使聚變持續進行，而不需要注入額外的能量。但在地球上，還沒有人能夠在可控的反應中利用燃燒等離子體的能量，在SPARC做到這一點之前，還需要進行更多的研究。

SPARC項目于2018年啟動，預計明年6月開始建設，反應堆將于2025年開始運行。這比世界上最大的聚變動力項目——國際熱核實驗反應堆(ITER)——要快得多，ITER是1985年構想出來的，但直到2007年才發射;盡管2013年開始建設，但預計到2035年該項目才會產生核聚變反應。

SPARC相對于ITER的一個優勢是SPARC的磁鐵被設計用來限制它的等離子體。SPARC將使用所謂的高溫超導磁體，這種磁體是在ITER被首次設計出來很久之后，在過去三到五年內才開始商業化。這些新磁鐵能產生比ITER更強的磁場——最大21特斯拉，而ITER最大12特斯拉。(相比之下，地球磁場的強度是特斯拉的三千萬分之一到六千萬分之一。)這些強大的磁鐵表明，SPARC的核心直徑可以比ITER的核心小三倍，體積可以小60到70倍，而的核心預計有6米寬。“體積的大幅縮小伴隨著重量和成本的降低，”格林沃爾德告訴《生活科學》。“這才是真正的游戲規則改變者。”

在七項新的研究中，研究人員概述了SPARC設計基礎上的計算和超級計算機模擬。研究發現，SPARC預計產生的能量至少是泵入能量的兩倍，甚至是10倍。

聚變反應堆產生的熱量會產生蒸汽。這些蒸汽將驅動渦輪和發電機，就像現在大部分電力的產生方式一樣。

格林沃爾德說:“核聚變發電廠可以一對一地替代化石燃料發電廠，而且你不必為它們重組電網。”相比之下，太陽能和風能等可再生能源“在目前的電網設計中并不能很好地適應”。

研究人員最終希望SPARC激發的聚變發電廠能產生250到1000兆瓦的電能。格林沃爾德說:“在美國目前的電力市場上，發電廠的發電量一般在100到500兆瓦之間。”SPARC只會產生熱量，而不會產生電能。一旦研究人員建造并測試了SPARC，他們計劃建造ARC(經濟實惠、堅固緊湊)反應堆，到2035年將利用這些熱量發電。格林沃爾德說:“這很有野心，但這是我們正在努力實現的目標。”“我認為這很有可能。”