关注新闻的朋友会经常看到一堆充斥着数字和高大上亮瞎眼的学术术语的新闻：
中国全超导托卡马克实验装置EAST。成功实现电子温度超过5000万度，持续102秒的超高温长脉冲等离子体放电。
1亿度，1000秒。
等离子体，中性束加热，氚自持。。。
看着只能不明觉厉，但是实在搞不懂啊，怎么出去和别人吹牛。
笔者是一名中科大的在读博士生，专业是核能科学与工程，硕士和博士课题都是和聚变相关，所以这么多年有了一些自己的感悟，现在结合一些资料把这个号称能使人类文明进入下一个发展阶段的可控核聚变来给大家论一论。
首先，我们得有一个基本的常识，就是我们人类所有使用到的能量，本质上都是太阳给的。
汽车和工业上用的汽油，天然气，煤炭，人类活动的能量来源是食物，这些本质上都是太阳的能量。
太阳辛辛苦苦在地球上存了几十亿年的化石能源，被人类几百年就给嚯嚯掉了，所以当前限制人类文明跨阶层进步的，最重要的就是能源。
那太阳究竟有什么鬼才能搞出这么多能量？
它的能量又是从何而来？
以前人们都以为太阳是一个不停燃烧的大煤球，但是即便是太阳如此庞大的质量，如果能源来自于自身燃烧的化学能，最多只能燃烧几千万年，而太阳已经燃烧几十亿年了，所以这样解释行不通。
正确答案就是核聚变。太阳同所有恒星一样，本质是一个巨大的核聚变工厂。
能量，本质上就是来源与粒子的分分合合的过程。
核聚变呢，又叫做核融合，是指小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核，在这个过程中，会产生巨大的能量释放，而这部分释放的能量呢，就是可以供人类使用的能量。
可以理解为大爷们手上把玩的两个铁球，也有叫健身球的，某天大爷突然爆发神力，把这两个铁球给硬生生的给捏到一起去了，大爷完成了某种意义上的“健身球聚变（融合）”。
那我们也知道，想要把两个原子核给聚合到一起，我们自然要选择最简单的方式，
利于我方输出的条件，所以选择什么元素的材料来作为核聚变燃料是一个问题。从常识上来说，我们选择质子数少的，就更容易拧到一起，像那种好多质子的元素，随随便便就分裂了，还怎么聚变。
所以我们看上了氢元素，因为它只有一个质子，小伙子眉清目秀，并且孑然一身，不拖家带口。
氢是有同位素的，一共有三种，分别是氕（不带中子，只有一个中子，也就是常见的氢），氘（一个中子，D）和氚（带两个中子，T）。
科学家通过实验测定了他们之间发生聚变的反应截面（可以理解为发生反应的容易程度），发现氘氚聚变（DT）的反应截面最大，也就是说它们俩凑在一起更容易产生火花，融为一体。
氘氚聚变反应示意图
一个氘原子和一个氚原子发生聚变反应，会生成质量数为4的He（氦），同时产生一个中子，同时放出能量。
那接下来我们来看看为什么聚变这么难?
我们都知道，原子核是带正电的，2个原子核靠的越近，之间互相排斥的力也就越大。
这就意味着我们没有办法捏着这两个原子核让他们聚合在一起。
那怎么办呢?
让它们以极高的速度碰撞，可以抵消这种排斥力。
从而可以融合成为一个原子核。
这样才能完成一次核聚变反应。
温度大家都知道，但你们考虑过温度的本质吗？
50度的水，和10度的水，本质上有什么区别吗？
其实温度的本质就是物质粒子的运动速度。
不同温度的水，仅仅只是其中粒子的运动速度快慢的区别，也就是分子速度不同。
其他的都没有区别。
正如上文所说的，要想发生一次聚变反应，需要两个原子核以极快的速度碰撞，所以发生聚变反应首先就要满足温度足够高的条件。
形象一点来说就是这两个原子核都要非常烫手。
对于DT反应来说，这个温度的要求就是1亿度。
所以第一个条件很明显就是温度。
继续，我们知道两个原子核以极高的速度碰撞可以产生聚变反应。
但是我们如何让这两个原子核能够撞到一起呢？
答案是，我们做不到。
所以如果只有两个原子核的话，即便是速度再快，温度再高，撞到一起的几率也无限接近于0。
所以我们要在单位体积内增加原子核的密度。
原子核越多越好。
如果还是没办法那么高的原子核密度，那就维持较长的时间。
总有眼神不好的走着走着就撞上了。
而原子核密度在宏观上表现就是压强。
综上所述，三个条件都出来了。
分别是温度，密度以及约束时间。
聚变物理有一个非常重要的公式，叫做劳逊判据 。
就是说，以上三个条件必须满足特定的条件，才能够使聚变产生的能量能够维持聚变自身所消耗的能量，这样才能够有持续下去的聚变反应。
也被成为聚变点火条件。
也就是说过了这个目标，聚变就不再需要外接输入能量了。
原理部分今天先说到这里，后续会继续说聚变装置的设计，包括磁约束聚变装置和惯性约束装置。
觉得写得还不错的，可以持续关注。
感谢。
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