核反应堆是目前人类使用核能最成熟的示范技术。裂变技术已经发展到第四代。目前，各国建造的第三代核电被认为是相对先进的通用型反应堆，还有更先进的第四代反应堆。裂变技术对于人类来说，我们已经掌握了它的基本约束，实际进步也在不断推进，但这并不是核能利用的最高水平。核聚变技术被认为是核能应用的桂冠。虽然氢弹已经成功测试了很长时间，但它是一种无法控制的核聚变技术。如何限制和控制核聚变是当前核聚变研究的方向。

核聚变是宇宙中最常见的能源利用形式。在过去的50亿年里，太阳通过这种反应释放了大量的能量。

在宇宙中，恒星产生的能量来自核聚变反应。以太阳为例，每秒钟大约有6.5亿吨氢转化为氦，质量缺陷释放出巨大的能量。在过去的50亿年里，太阳通过这种反应释放了大量的能量。根据氘氚聚变方程式，我们可以从一升海水中提取大约30毫克氚，这相当于燃烧大约300升汽油。如果是兆瓦级核聚变发电站，每年只需要消耗300多千克氚，而且产生的物质是清洁的，不会对环境造成任何威胁，这与产生放射性核素的核裂变反应不同。如果核聚变技术成熟并得到广泛推广，它可以满足未来数十亿人的能源需求。

核聚变是宇宙中最常见的能源利用形式。如果人类想要突破星际空间的限制，进入星际空间，核聚变是必不可少的能源。然而，核聚变的发展非常困难，需要相对严格的要求。热核聚变产生的等离子体的温度和密度极高。如果要维持核聚变反应，就需要维持这些极高温度的等离子体。英国科学家劳森在1957年提出了劳森条件。他相信等离子体的温度可以达到1亿摄氏度，从而达到“得失相等”。因为在这样的温度下，所有参与反应的物质都会电离形成等离子体，然后带电粒子会受到强磁场的约束。

受控核聚变需要由超导线圈形成的强磁场来限制几亿摄氏度的超高温等离子体。

了解核聚变的约束条件后，工程和制造中的问题就出现了。虽然我们知道等离子体的温度非常高，但是我们对等离子体产生的湍流行为仍然没有足够的了解，并且缺乏理论模型使得我们无法预测超高温等离子体。第二，磁场约束。核聚变需要强磁场来约束等离子体，而等离子体需要大电流，这就产生了热效应。因此，只有超导能解决这个问题。在发展核聚变反应堆之前，我们还必须解决超导线圈的应用。超导将在接近绝对零度的温度下实现，然后将产生一个强磁场来限制几亿度的超高温等离子体。

这样的项目不仅需要极高的技术含量，还需要巨大的资金支持。国际热核实验反应堆自1985年开始运行，预计耗资100亿美元。目前，世界上几个著名的核聚变试验装置有望在2050年左右发展出更成熟的核聚变技术。到本世纪末，我们有望使用核聚变产生的电力。2014年，武器巨头洛克希德·马丁公司表示，它已经突破了小型核聚变反应堆的技术，预计将在未来10年内安装在军舰上，功率为100兆瓦。这向我们显示了小型核聚变反应堆将会普及的希望。