核聚變是一種將輕原子核結合成重原子核的過程，同時它也會釋放出巨大的能量。這是太陽和其他恆星產生能量的主要方式，也是人類夢寐以求的清潔、安全、高效和可持續的能源。然而，要實現可控核聚變，並將其用於發電或其他用途，卻面臨著許多技術和科學的難題。

在這方面，我國的「人造太陽」全超導托卡馬克取得了令人矚目的成就。4月12日，「人造太陽」成功實現穩態高約束模式等離子體運行403秒，創造了一個新的世界紀錄。但要理解這個壯舉，我們要先了解可控核聚變的主要困難。

高溫和高壓

要使輕原子核克服靜電排斥力而接近到足夠的距離，從而發生融合聚變，需要提供極高的溫度。一般認為，要達到點火條件（即聚變反應能夠自我維持），需要將氘和氚等離子體加熱到1億攝氏度以上。除了高溫外，還需要提供高壓，以增加輕原子核之間的碰撞概率。一般認為，要達到點火條件，需要將氘和氚等離子體壓縮到每立方米約10^20個原子，這相當於將一公斤的物質壓縮到一個雞蛋大小。

約束

然而，高溫等離子體是一種極其不穩定和複雜的物質，它會受到各種擾動導致溫度下降和反應停止。因此，要使高溫高壓的等離子體穩定地存在，不與周圍的物質接觸而冷卻或損失能量，需要有效地約束它。

目前主要有兩種約束方式：磁約束和慣性約束。磁約束是利用強大的磁場將等離子體固定在一個環形或球形的真空容器內，如我國的核聚變裝置；慣性約束是利用強大的雷射或粒子束將等離子體快速壓縮到極小的體積內，在極短的時間內實現聚變反應，如雷射聚變裝置。

氚增殖技術

氚是一种放射性同位素，自然界中幾乎不存在，需要人工製造。目前主要的氚來源是核裂變反應堆的重水或鈽棒，但供應量有限，難以滿足聚變堆的需求。因此，聚變堆需要自給自足地生產氚，這就需要在聚變堆的包層中使用含鋰的材料，利用中子與鋰的反應產生氚。這種技術稱為氚增殖技術，是實現聚變堆氚自持的關鍵。目前，氚增殖技術還面臨著許多挑戰，如增殖材料的選擇、結構設計、氚釋放和回收、輻照損傷、安全和環境等。

超導磁體技術

超導磁體是產生托卡馬克磁場的核心部件，它需要具有高強度、高穩定性、高可靠性和低損耗等特點。目前，超導磁體主要使用低溫超導材料（如NbTi和Nb3Sn）製造，但這些材料在高場強和高溫下會失去超導性，限制了托卡馬克的運行參數。

因此，開發高溫超導材料（如YBCO和BSCCO）和相應的超導磁體技術是提高托卡馬克性能的重要途徑。目前，高溫超導材料和磁體還存在著成本、製備、結構、穩定性等方面的問題。

等離子體物理

等離子體是由帶電粒子組成的第四態物質，它具有複雜而豐富的物理現象和行為。理解和控制等離子體是實現可控核聚解的基礎。目前，等離子體物理還存在著許多未解決或不完全解決的問題，如等離子體的穩定性、湍流、輸運、邊界層、波粒相互作用、非平衡態過程等。這些問題需要藉助理論分析、數值模擬和實驗診斷等手段進行深入研究。

總之，可控核聚變是一項極具挑戰和前沿性的科學工程，它涉及到物理、材料、工程、計算等多個學科領域，需要突破許多技術難題和瓶頸。