由于带电粒子运动速度非常快，为防止它们从管子两端溜出来，人们又在管子两端各加上一个线圈，使两端的磁场大大加强。带电粒子走到那里就会被强大的磁场反射回来。这样，等离子体就被“关”在磁瓶里了，以便按需要进行核聚变反应。
怎样才能实现受控核聚变呢？科学家总结出需要3个条件：一是要把氖和氖加热到上亿度的高温，使核聚变燃料呈等离子体状态，也就是说燃料全部变成电离了的气体；二是等离子体粒子（包括离子、电子和中性粒子）密度达到每立方厘米100万亿个之多；三是能量约束时间，即将等离子体强行“关押”在磁瓶中的时间超过1秒。有了这3个条件，点火后，只需补充少量的，如1克的燃料，反应即可继续进行下去。
20世纪50年代以来，科学家们为创造这样的条件做了大量工作。1969年，前苏联使用“托卡马克3号”环流器，把密度只有空气百万分之一的氖在几千万度的高温下保持了0.01秒。别看这个时间很短，对核聚变反应来说，已经是相当长了。1978年，美国普林斯顿大学等离子体物理实验室的大型环流器，用注入高能中性粒子束的方法加热等离子体，大大提高了等离子体的温度，使很多研究者受到极大的鼓舞。1984年9月，中国建在四川乐山的“中国环流器1号”实验装置顺利启动，也说明了中国对这一研究的关注。
1991年11月9日，一条喜讯传到了世界各个实验室：这天，在英国牛津附近的欧洲联合核聚变实验室，在人类历史上第一次实现了受控核聚变。
他们用的燃料是氘和氚的混合物，其中氘占84％，氚占14％。这次试验用环形装置磁场约束等离子体的时间持续了2秒钟，等离子体的温度已达2.38亿摄氏度，相当于太阳中心温度的20倍，产生了约1.7兆瓦的电能。
3年后，1993年12月10日，一条短短的消息，又使国际科学界欢欣鼓舞：美国普林斯顿大学等离子体物理实验室的科学家从12月9日深夜至10日下午的短短十几个小时内，连续两次打破了受控核聚变反应产生能量的世界记录。美国科学家重复进行了4次实验，数据表明，第一和第四次实验产生的电能分别达到了3兆瓦和5.6兆瓦。
中国权威的新闻机构新华社在播发这条消息时，还用了“两破核聚变能量记录，和平利用核能大突破”的醒目标题。
虽然“突破”不等于“完全胜利”，但受控核聚变终于显露出了希望的曙光。已有人在迫不及待地扳指头算账了：世界上所有的天然水里都有氘，但用它来发生核聚变反应可放出的能量达1010焦耳，竟和300升汽油燃烧产生的能量相同！
取之不尽的“海水燃料”比核裂变更加可靠、污染危险小，可以使我们这个世界变得更加洁净、明亮。
核电池的应用
在茫茫宇宙深处，“旅行者1号”、“旅行者2号”飞船就像汪洋中两条孤独的小船，悠悠飘荡。这两艘无人飞船是美国于1972年发射的星际探测船，它们先后飞掠过木星、土星，于1990年飞出太阳系，进入宇宙深处，继续它们无尽头的旅行。据计算，到公元4000年时，“旅行者1号”将从鹿豹座一颗恒星旁掠过；公元3580年时，“旅行者2号”将接近到距天狼星仅0.8亿光年处。
这两艘飞船的外表是个10棱柱体，顶部有一个直径为3.7米的圆形抛物面天线，还有两根鞭状天线。在它们的舱内有一张直径为30.5厘米的镀金铜唱片，它能在宇宙中保存10亿年。
这张唱片是一张向陌生的外星人作介绍的“地球名片”，整张唱片可播放约1.5个小时，除了开头一小段是美国总统卡特代表“地球人”给“外星人”的致词外，还有包括我国南方3种方言在内的60多种语言的问候词，还有地球上的各种自然声响及包括中国古筝名曲《高山流水》在内的一些世界名曲。
目前宇宙载人航行通常采用氢-氧燃料电池为能源，它除了能得到需要的电能外，还可以得到供人饮用的水，这对航天旅行来说，是一种宝贵的副产品。但是，燃料电池的自重偏大，使用寿命相对短，不能想像它们可用上几十、几百年。
航天器上采用比较多的能源还有太阳能电池。然而，当航天器运行到地球背面，或在月球上漫长的黑夜（一个“月夜”相当于地球上的14个昼夜），或在向远离太阳的其他星球飞行中，太阳能电池根本就无法工作。
人毕竟是一种高度发达的、聪明的生灵。“旅行者号”飞船用的都是“核电池”，也被人叫做“放射性同位素温差发电器”或“原子能电池”。这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料，如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等，把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和换能器，在热源和换能器之间形成温差才可发电。
核电池的热源就是钚238、锶90、钴60等放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了核电池可长期使用。
核电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器，它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差，从而发电。它的优点是可以做得很小，只是效率颇低，目前热利用率只有10％～20％，大部分热能被浪费掉。
在外形上，核电池虽有多种形状，但最外部分都由合金制成，起保护电池和散热的作用；次外层是辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来；第三层就是换能器了，在这里热能被转换成电能；最后是电池的心脏部分，放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。
第一个核电池是在1959年1月16日由美国人制成的，它重1800克，在280天内可发出11.6度电。在此之后，核电池的发展颇快。1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者1号”，上面的无线电发报机就是由核电池供电的。1976年，美国的“海盗1号”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，在短短5个月中得到的火星情况，比以往人类历史上所积累的全部情况还要多，它们的工作电源也是核电池。因为火星表面温度的昼夜差超过100℃，如此巨大的温差，一般化学电池是无法工作的。
大海的深处，也是核电池的用武之地。在深海里，太阳能电池根本派不上用场，燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短，所以只得派核电池去了。例如，现在已用它作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一次，几十年内可以不换电池。人们还将核电池用作水下监听器的电源，用来监听敌方潜水艇的活动。还有的将核电池用作海底电缆的中继站电源，它既能耐五六千米深海的高压，安全可靠地工作，又少花费成本，令人十分称心。
在医学上，核电池已用于心脏起搏器和人工心脏。它们的能源要求精细可靠，以便能放入患者胸腔内长期使用。以前在无法解决能源问题时，人们只能把能源放在体外，但连结体外到体内的管线却成了重要的感染渠道，很是使人头疼。现在可好了，眼下植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳，内装150毫克钚238，整个电池只有160克重，体积仅18立方毫米。它可以连续使用10年以上，如换用产生同样功率的化学电池，则重量几乎与成人的体重一样。
你完全不必担心埋植在体内的核电池影响身体健康。国际放射防护委员会规定的允许辐射剂量为每人每年500毫雷姆。带夜光手表一年接受的辐射剂量为1毫雷姆；进行一次心肺透视为40毫雷姆。植入核电池的人体一年内所接受的辐射总剂量只相当于进行一次胸部X光透视的剂量，这当然是十分安全的。
燃料电池
燃料电池虽然是电池家族的成员，然而它与干电池、蓄电池都不同。它的化学燃料不是装在电池的内部，而是储存在电池的外部，可以按电池的需要，源源不断地提供化学燃料，就像往炉膛里添加煤和油一样，所以人们将它称为燃料电池。
实际上，燃料电池能把燃料所具有的化学能连续而直接地转变成电能，其发电效率比现在应用的火力发电还高。因此，将它称为“新型发电机”似乎更合适些。但它又比一般的发电机优越，在发电的同时还可获得质量优良的水蒸气。也就是说，燃料电池既能发电，又可供热，因而其总的热效率可望达到80％。
燃料电池的原理早在100多年前就被人们发现了。后来到1932年，科学家在理论上进行了论证，为研制现代燃料电池打下了基础。1958年，燃料电池便正式问世了。它的输出功率为5千瓦，工作温度为200℃，所产生的电力足以开动风钻和电车。60年代，燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电源，为宇宙开发立下汗马功劳。近年来，能输出直流电4.8兆瓦的燃料电池发电厂的试验已获成功，人们正在进一步设计11兆瓦的燃料电池发电厂。
燃料电池在结构上与蓄电池相似，也是由正极、负极和电解质组成。正极和负极大都是用铁和镍等惰性、微孔材料制成。从电池的正极把空气或者氧气输送进去，而从负极将氢气、碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气和一氧化碳等气体燃料输送进去。这时，在电池内部气体燃料和氧发生电化学反应，于是，燃料的化学能便直接转变成了电能。
燃料电池的电化学反应原理是，氢气与氧在25℃发生氧化反应，生成水并放出热能，其反应式为：
H2+12O2→H2O（气）+241.8千焦耳
在负极（即氢电极）上：
H2→2H++2e-
在正极（即氧电极）上：
2H+12O2+2e→H2
作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应，生成带正电的离子（H+）和带负电的电子（e-）；而电子通过外电路跑到正极上，与作为氧化剂的氧和电解质一起进行还原反应，最后生成带负电的离子。带电正离子和负离子在电解质中结合而生成水蒸气。因此，只要不断地把燃料供给电池，并及时把电极上的反应产物和废电解质排走，就能源源不断地提取电能和水蒸气。
燃料电池与一般的火力发电相比，具有以下优点：
一、发电效率高，而且稳定。一般的火力发电的能源转换效率只有30％～40％，而燃料电池在所有发电装置中转换效率是最高的，目前已达到50％～70％，预计将来可达到80％。
二、工作可靠，也不产生污染和噪音。燃料电池在反应过程中只产生水蒸气，所以不会污染环境。由于它没有运动部件，自然不会产生噪音。
三、使用方便，电损耗低。燃料电池可以安装在用户跟前，既简化了输电设备，又降低了输电线路的电损耗。
四、建发电站用的时间短，而且还可根据需要随时扩大规模。燃料电池本身是由模式组合件构成的，几百千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好，然后再把它运到燃料电池发电站去进行组装。因此，可大大缩短建站时间，而且电站规模可随着电力需求量的增加而不断扩大。
五、它的体积小、重量轻、使用寿命长，单位体积输出的功率大，可以实现大功率供电。
目前，燃料电池主要在宇航工业、海洋开发和电气货车、通讯电源等方面得到实际应用。例如，美国的一艘潜艇用肼燃料电池代替铅蓄电池后，潜水时间增加了3倍。
美国在上世纪70年代初期，建成了一座1000千瓦的燃料电池发电装置。随后，这套发电装置并入电网运行，成功地运行了1000多个小时。目前，美国的一些住宅区和商业区已开始用上40千瓦的燃料电池。这种电源装置结构简单，使用维修方便，又不污染环境，因而很受用户欢迎。日本也在研制燃料电池，并在80年代初研制成功0.48万千瓦的磷酸电解质电池。
现在已研制出一种新型高效能燃料电池，不仅价钱便宜，而且体积小，重量轻，污染少。这种由片状陶瓷制成的新型燃料电池，它的每个陶瓷片都由几层陶瓷组成。在陶瓷层间有许多微小的小三角形通道，燃料和空气分别从这些通道中流过，并穿过陶瓷薄壁而相互进行电化学反应。这种燃料电池的工作温度高达800～1000℃，足以将所有的轻质碳氢燃料分解成有用的氢和一氧化碳。这样，像汽油、酒精、煤气等都可作为这种燃料电池的燃料，从而扩大了它使用燃料的范围。
目前，这种高效能的燃料电池还处在研制阶段。人们预计，用来推动汽车的小型陶瓷燃料电池将会在21世纪初得到实际应用。它的大小与现在汽车上的大蓄电池相似，可以输出50千瓦电力，供开动车辆使用。预计，这种新颖的陶瓷燃料电池还将在许多方面发挥作用。