秘闻录

从能源和其他各个角度来看，可控核聚变技术的突破将是人类自学会使用火以来最大的突破，其带给人类社会的影响将是过去几百年任何科学成就都无法比拟的，因为可控核聚变将直接让人类文明跃升至一个新台阶。

以往以及目前乃至未来，可控核聚变的难点始终都是如何长时间稳定约束上亿度高温等离子体的问题，因为可控核聚变最基础的目的就是用来蒸发液态水产生高压蒸汽进而发电，所以让托卡马克装置稳定释放热量就是最本质的目的和难点。

可控核聚变技术的实现将使得人类文明从此无需为能源发愁，真正廉价且取之不尽用之不竭的“核聚变电”可以用来超大规模电解海水生产淡水，还可以用来不计成本的为超巨型农业大棚提供无限制的电力用于调温和人工光照，最重要的是以往无线输电带来的巨大损耗也可以忽略不计，从此任何需要用电的设备都将拥有无限电能。

实现可控核聚变＝无限淡水+农作物极大增产+无限电力+石油和火力发电被废弃后的超级环保+一个国家真正的自给自足和繁荣昌盛

宇宙探索未解之迷

核聚变是指两个较轻的原子核聚合成一个新的中原子核的过程，在这个过程中会释放出大量的能量。可控核聚变也叫人造太阳，正如它的名字一样，可以控制聚变的发生和停止，也可以控制反应的速度。

目前我们已经实现了不可控的核聚变，如氢弹的爆炸，但要实现可控的核聚变还是相当的困难，因为原子核带正电，要想原子核融合就必须要克服强大的库仑力，使原子核之间的距离小于一定的距离，所以科学家也考虑让原子以极高的速度运行最终使其相撞融合在一起。这种情况在恒星内部是很容易发生，而在地球上我们就需要核聚变反应的燃料加热到一亿摄氏度，在这样的高温下，才能克服原子核之间的排斥力，使其融合在一起。但是这里面有个难题，如何加热到这个温度，还有就是用什么容器来装这种高温的东西？

现在科学界比较接受的方法是惯性约束使聚变材料升温到一亿摄氏度,但是惯性约束解决了高温问题却找不到可以容纳的容器,于是科学家想到了磁约束解决容器的问题，但是悬空且还在高速旋转的材料却很难被聚焦点火，所以，要实现可控的核聚变还是相当困难。

科学家孜孜不倦的研究可控核聚变，因为可控核聚变对于解决人类能源危机有重大意义。核聚变所需的燃料在大自然中普遍存在，聚变需要的燃料氘在海洋中的含量非常丰富，一升海水中提取出来的氘聚变产生的能量就相当于300升汽油燃烧释放的能量。另外核聚变释放的能量远远大于核裂变释放的能量，而且核聚变不会像核裂变那样产生高端核废料。可控核聚变对于人类解决能源危机具有重大意义，而且未来的星际航行中可控核聚变可以明显提高飞船速度，帮助人类去到更远的地方。

科学日记

对能源的利用方式，决定了文明的程度。

懂得了用火，人便从猴变成了人；

懂得了用电，人类便进入了电气时代；

掌握了核变，划时代的核能时代便开始了。

风能水能太阳能，这些不值一提，因为它们的能源太不密集了，不堪重用。

虽然人类已经懂得了利用核能，但现在还主要是通过核裂变的方式获取能源，看似已经很厉害了，但是核裂变是最低端的核能利用方式。

这时候，核聚变的优势就体现出来了：

核聚变不会产生核辐射污染，完全清洁能源，即便发生核事故，也不会像核裂变核电站产生那么恐怖的危害；

核聚变的原料为重水，可以从海水中提炼，多的是，而核裂变的原料为铀，相对来说就很稀有了。

但是核聚变虽然满星空都是，但可控核聚变实现起来却并没有那么容易，条件要比核裂变要苛刻得多：

核聚变的温度需要1亿度，这样高的温度实现起来非常困难。氢弹是不可控的核聚变技术，氢弹里边必须要装一颗原子弹，才能将氢弹引爆。

如何实现这样的温度，现在采用的是激光聚焦的方法，即通过全方位的激光聚焦，让中心物质发生向心塌缩聚变。但这一技术说起来容易，做起来就很难了，目前这一技术美国人是最厉害的，中国也处在第一梯队。

这只是难度之一。

另一个难度是，如此高的温度，应该找个什么样的“容器”来装它？

这种装置被称之为托卡马克，它的原理是利用磁场将高温等离子体约束在里边。

这两个难关攻克之后，还有另一个难题，如果将激光加热装置“装”到托卡马克，这对人类来说就更加富于挑战了。

可控核聚变凝聚着最尖端的科技，它是人类的未来！

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科学重口味

从根本上而言，可控核聚变的困难在于克服原子核之间的静电排斥力。

为了解释这个论点，我们需要明白核聚变与核裂变之间的区别。就基本原理而言，核聚变跟核裂变都是核反应，由于核反应前后的质量不同（核反应后的质量低于核反应前的），就会放出大量的能量，放出的能量等于核反应前后的质量差（称为质量亏损）乘以光速的平方。这是狭义相对论告诉我们的。但是，为什么核裂变在常温常压下就可以发生，核聚变却需要高温高压呢？

原因在于，核裂变是一个原子核内部的反应。比如说一个核裂变反应要放出一个中子，那么这个中子需要翻越原子核内部的一个势垒，好比不断地在尝试“越狱”。如果翻过去了，这个中子就释放出来了。如果没翻过去，那么这个中子这次越狱的尝试就没有成功，还在原子核里面关着。在一个给定的时刻，中子越狱成功的几率是一个定值。这里的关键在于，温度和压强都跟原子核内部的状态没有关系。因此如果核裂变能发生，那么它在常温常压下就能发生。如果不能发生，那么你把温度、压强加到再高也没用。因此，核裂变的反应堆并不需要高温高压，只要堆积足够多的核燃料，就会自发地发生链式反应，就可以发电了。

在另外一边，核聚变却不是一个原子核能够完成的反应，而是至少要有两个原子核聚合，形成新的更大的原子核。原子核是由质子和中子构成的，中子不带电，质子带正电，因此原子核之间都有静电的排斥力。两个原子核离得越近，排斥力越大。因此，在普通的状态下，核聚变根本不会发生。虽然我们知道两个D核（重氢）可以聚变成He核（即阿尔法粒子），但平时我们并不会看到重水自发地变成氦。

为了让原子核有机会克服巨大的静电排斥力，碰撞到一起，就需要让原子核运动得足够快，这就是高温。或者让它们只在非常狭小的空间里运动，这就是高压。

在越小的空间里运动得越剧烈，两个原子核克服静电排斥达到聚变距离的可能性就越大。好比原子核是一群宅男宅女，宅在家里是没有前途的，要找到对象就必须出去跟人接触，相亲的诚意越高、次数越多，才越有机会脱单。

高温和高压的效果在一定程度上可以互换。在太阳中心，由于压强高达2000亿个大气压，所以“只需要”1500万度的“低温”就可以把氢聚合成氦。但在地球上，由于压强达不到那么高，所以得把温度提高到上亿度才行。

太阳

科技袁人袁岚峰

可能是没有找到托尼斯塔克方舟反应堆的人造元素。。。

上面是开玩笑的，下面好好回答一下：

首先是聚变的条件，简单说就是超高温超高压。复杂说就是聚变就是让两个原子克服相互间的斥力，是他们接近到足够近后，由强作用力结合到一起，变成一个原子核。

为了达到这个聚变条件（氢弹用了原子弹引爆）。目前，可控核聚变主要也就靠磁约束了，（毕竟非接触的作用力里面也就电磁力够强了），那问题来了，要产生让原子可以发生聚变的所需的磁场要求非常大，而目前人类能产生如此磁场的唯一方法就是用线圈加大电流，而电流太大导线扛不住啊，所以只能用超导体，超导又要超低温，我擦说道这里聪明的你就发现，这TM不是冰火两重天么！实际上还就是~其实目前可控核聚变已经实现了，只是聚变输出的能力还不足以弥补投入的能量，要说难点，估计也就是材料问题了吧：耐高温导热材料，高温超导材料。（当然，要能弄出钢铁侠方舟反应堆那个可以自动吸附氢原子（貌似靠的引力）实现低温聚变的材料，那人类估计就真和漫威的世界一个水平了~~）

whipser1

人类目前实现可控核聚变的难点，一要高温高压，地球上没容器。二要引爆，没方法。两个条件又矛盾重重。

其实是思路出了问题。宇宙核聚变有陨石实物可参考，可他们不屑一顾，那就没办法了。

核聚变过程

收藏，文章，照片，本人原创。愿为有头脑的科学家提供，内有氢或氦核聚变陨石样本。

大连富丽庭陨工周

核聚变是两个较轻的原子核聚合成为一个较重的原子核的过程，这个过程中会伴随着释放出巨大的能量，这种典型的反应，在太阳上已经进行了50亿年。

自然界中最容易实现的核聚变反应就是氢的同位素——氘和氚的聚变，这也是太阳上面进行的核聚变的原理。一直以来，人类都渴望掌握可控核聚变技术，因为核聚变相对于核裂变来说，不仅产能效率更高，而且更加清洁，核聚变是真正的清洁能源。可控核聚变也被称之为人造太阳，因为太阳发光发热的原理就是核聚变。

人类最早认识到核聚变的巨大潜力是从氢弹爆炸开始的，传统的原子弹，TNT当量最多几百万吨，但是氢弹就不同了，理论上可以无限。氢弹被发明的时候，有科学家就想能不能制造一个装置，让氢弹爆炸能够缓慢进行，然后能够持续稳定输出能量，这一设想，实在是很美好的，但是实施起来的难度却很大。

既然说到了可控，那么就必须想一种方法让能量稳定输出，让反应缓慢稳定进行才行。但是说起来容易做起来难，真正想要让能量稳定输出，是非常困难的事。首先一点就是反应的条件，要知道氢弹爆炸和原子弹爆炸不一样，原子弹爆炸可以直接用普通炸药引爆，但是如果是用普通炸药的话，无法满足氢弹爆炸的条件，所以氢弹是用原子弹引爆的，而原子弹则是用普通炸药引爆，可见氢弹的反应条件比原子弹要苛刻得多。。

一般来说，核聚变反应发生的温度在上亿摄氏度，所以这样一来怎么加热就是第一个要解决的问题。上个世纪前苏联的专家就想到了用激光加热核物质的方法，但是往往一个激光不足以满足热量供应，所以都是用多个激光对着一点加热，但是与此同时另外一个难点摆在了面前，那就是必须保证各个方向受到的热辐射都是一样的，这也是一个不小的挑战。

加热的方法有了，又来了一个难题，那就是这么热的东西，该用什么东西盛放才行呢？实际上地球上没有任何物质能够承受如此高的温度，所以科学家们就想出了一个用磁场约束等离子体的方法，就是让高温等离子体不与容器直接接触，这样实现的是一种变相约束。这些问题都解决了，但是还不够，因为如果不能稳定持续运行的话，前面做得再好也没有用，目前看来，能够稳定运行一两分钟并且持续输出能量已经是很不错了。

之所以会这样，那是因为一旦温度过高的话，电子就会从原子中脱离出来，物质的第四态就会明显，也就是常说的等离子体。问题就出在等离子体身上，问题在于虽然我们都知道约束等离子体的各种基本方程，但是实际上等离子体的各种行为往往是不了捉摸的，我们所做的只能是近似计算而已，所以可能是我们这个时代的数学工具约束了我们。目前看来，可控核聚变的实现还在很久以后，不过相信人类一定可以解决这一难题的。

镜像科普

人工核聚变，难在：必须在一个极小的空间，完成原子核的聚合。只一个极小的空间就给人们造成无尽的麻烦。

我们看宇宙。其实造成核聚变是非常简单与容易的，因为空间是巨大的！要在极度宽松的空间实现核聚变，造一个太阳只用做一件事：聚合一团巨大的氢气团，就OK了。其它一切，直接交给整个宇宙普遍存在的自然的物理规则。1，超大空间中，给了一大团氢气。2，氢气团够大，就会自然在重力作用下聚合成球形。3，球形越聚越紧，启动核聚变。爆炸。4，因空间巨大，狂野的核聚变爆炸，会在重力作用下，被吸回重力大的球形中心，反复之后就稳定成球形，太阳就形成了。一一一一在巨大的空间中，不管形成的"太阳"多么狂爆，它也必然服从重力的约束，就稳定、平衡了。一一一一切源自：给够了空间。

而人工核聚变呢！只是给了一个小空间，就让一切变得跟自然界、宇宙中的天然核聚变不一样了。因为如果空间小到直径十来米的球形空间内，按同比例算，可能得以“几百个或者几千个原子的节奏来聚变"才可以在极小的空间中，无破坏性聚变。一一一但，聚变是不可能精确到人们按几百个或几千个原子水平的聚变。所以人们只能1，升温（高于太阳内核温度）。2，加磁场约束，好让原子有机会碰撞，以产生核聚变。3，因空间极度小，所以只能在其它聚变要素和环境上想办法。4，因原子运动是布朗运动，原子间碰不碰撞上，碰撞时能量是否达到聚变要求成了极难的事。

这就是人工核聚变的困难之处。点燃相对容易，但稳定就难了。如果扩大空间，也许会好办一点吧。

也许“冷核聚变"就是想走"原子级别的核聚变"，那样就对空间大小没那么大的要求了。难度就会非常小了。但有没有"冷核聚变"也没得到验证。目前，也只有"磁约束下的可控热核聚变”这一个办法了。

凌战天

可控核聚变是指人们可以控制核聚变的开启和停止，以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制。或者说，最简单地比喻就是，同样是可燃烧物质，火药可以用来做成炸弹，因为只是利用其高能量瞬间爆发的破坏性；同时也可以掺点杂质，做成蜂窝煤，使其可以当做一个煤炉子来缓慢释放能量，想让它烧就烧，想让它灭就灭，秘诀就在蜂窝煤炉子的炉门上。将这个蜂窝煤炉子的燃料换成核燃料，烧上开水，让开水变成蒸汽去推动轮机发电，就成了一个当今的核电站的基本原理雏形了。

相比可控核裂变来讲，可控核聚变的优势在于：

原料易得，核聚变的原料是重水，可以直接从海水中提炼，并且地球中储量极大。

核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染，亦不会造成核泄漏的危害。

那么将这个煤炉子里的燃料从核燃料换成核聚变的原料的最大的麻烦在哪里？

就在于其反应条件。核裂变需要的反应条件很弱，天然的铀矿在常温的自然条件下就可以发生衰变。但是相比于核裂变过程来讲，核聚变最麻烦的反应条件就是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应。而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时，对于该问题给出了以下解决方案：用核弹引爆氢弹！即通过核弹引爆得到达到核聚变反应的温度，从而引起核聚变使得氢弹爆炸。因此氢弹内部是有一个小型核弹的。

这样的话，研究可控核聚变的最关键问题现在已经很明显了，即：

怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度？（怎么点燃炉子里面的燃料？）

将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它？（怎么让燃料不把炉子烧穿了？）

首先来说第1个问题，关于如何加热的方法，从上世纪60年代开始，激光器的发明，为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料，因为该方法能量大，而且无需与被加热物质接触，简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低，所以为了解决这样的问题，需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单，实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内，被加热物体的所有方向受热均匀，一致向球心坍缩（简单理解就是将被加热物质想象成一个足球，如果想要挤压足球内部的空气，最好的方法就是从四面八方一起用力，使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲，则足球会变形，足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣）。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确，也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的，其「国家点火装置」目前正在实验将192个激光器聚焦于同一点。而我国的「神光三号」项目目前则正在试验将32个激光器聚焦，下一步目标是48个。

我国研发的神光3号惯性约束核聚变激光驱动装置

现在再来讨论第2个问题，我们拿什么来盛放这些物质。上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西，那么就算能将这些反应燃料点燃，又能拿什么来盛放它？「超导托卡马克」装置的研制就是为了实现能将上亿度的物质存放于其中的目的。具体的基本原理在高中物理课本就有提到，是通过将这些物质约束在一个密闭的环中使其高速旋转，来将其固定在一个密闭的空间中，从而实现了变相的盛放。如果感兴趣的话网上关于该装置的资料也有很多。

我国自主研发EAST超导托卡马克实验装置结构示意图 （来源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%88%E8%BF%9B%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%89%98%E5%8D%A1%E9%A9%AC%E5%85%8B%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E8%A3%85%E7%BD%AE）

如果这两个问题能够得以解决，则其他问题大体可以迎刃而解——但是目前还有一个更加严重的问题，那就是这两种分别针对两个难点的方案，完全没有办法使其结合起来！由于神光三号属于惯性约束过程，需要聚变物质静止于指定的标靶位置等待加热，点燃，而超导托卡马克装置则属于磁约束过程，如果聚变物质静止下来，则无法在磁场中受到相应的洛伦兹力等作用从而被约束在一个指定的密闭空间当中。所以这两种方案只能在对一个问题的解决占有极大优势的情况下想办法去解决另一问题。

就目前来看，更加现实的研究方法是想办法在超导托卡马克系统当中，加热其中的等离子体，从而压缩核燃料的密度，提高其温度，从而引发核聚变。而在目前的实验条件下，能够一直维持这样高温高压状态的持续时间，甚至还不足以引起核聚变。

另一方面，神光三号对于如何防止燃料烧穿的研究则更显得没有诚意。目前的方案是在极短时间内将上百个激光头的能量全部打到一个极小的，装有核燃料的标靶上，制造一次极小的核聚变，从而在瞬间将该核聚变过程完成，并释放大量能量。等效于通过一次又一次，制造极小的微型氢弹爆炸，在爆炸威力不会对仪器产生太大影响的前提下，来释放出标靶内核燃料的能量。但即使是这样，目前来看还没有什么办法能在如此短的时间内充分吸收如此多的能量——当然了，由于目前连「将多颗激光器聚焦于同一点」这一看似更简单的问题都还未得到攻克，现在这个看似更大的问题也还没有看到相应的进展。

最后，包括《钢铁侠》在内，还是有科学家相信，对于核聚变来说极高的温度并非是必要的反应条件。

如果真的存在不需要上亿度的高温即可制造核聚变的过程的话，以上这些讨论就都不再有意义，那时核聚变发电就如同今日的核裂变发电一样简单，甚至要比当今的核电站更加普及，更加受欢迎。因此，关于「冷核聚变」，一批又一批的人向其发起挑战，试图证明其真实的存在。虽然到目前为止，还没有任何证据表明即使是在更低的温度下，核聚变过程依然可以发生，可面对巨大的利益诱惑，近几十年来还是不断在有人宣称自己的研究小组实现了 「冷核聚变」——只是最终都被证明是骗局罢了。

P.S. 对于此问题本人属于半个门外汉，所以如果有问题请及时在评论中指出，我会做相应的订正。非常感谢远山兄（@刘远山）热心地帮我找到了一些资料，对我帮助很大，也希望大家能够提出更多的意见，让这个答案对更多的人能有所帮助。

一开始20118212

答：可控核聚变，需要把聚变材料束缚在装置内，使之达到上亿度的温度，然后发生聚变反应释放能量，并且实现稳定输出。

目前实现可控核聚变的方式有两种，一是超强激光束进行能量聚焦，二是托卡马克装置。

激光方面美国的技术最先进，但还是远远达不到商用可控核聚变的程度，该技术需要使用尽可能多的激光束，把能量聚焦到一个点上，每个方位的能量输入不能有偏差，这点难度就非常高，而且强激光对光学设备的要求极高。

而托卡马克装置，在技术上稳步进展，国际上已经能实现输出能量大于输入能量的水平，我国的“人造太阳”也达到了较高的水平。

但是托卡马克装置还存在很多技术瓶颈，距离商用还有很长的距离，比如以下两个难点：

第一壁

可控核聚变主要用到氘核与氚核聚变，反应方程式为：

3H+2H→4He+n，ΔE=14.6MeV;

原子在高温下将成为等离子态，利用磁场可以把原子核与电子分离出来，等离子电浆在托卡马克装置中被束缚；但是反应产物中子不带电，高能中子会频繁撞击内壁，造成内壁物质不可逆转的改变。

虽然等离子体被磁场束缚，但是内壁温度还高达1000℃，在等离子体解体时，内部温度高达3000℃；如果没有应对这种极端条件的材料，频繁更换内壁将是很麻烦的事。

超导材料

托卡马克装置的关键，就是需要利用超导体来制造强磁场，磁场越强束缚高温等离子体的能力越强，目前的超导材料需要在130K温度附近实现。

一边上亿度的超高温等离子体，一边需要保持零下100多摄氏度的超导体，如何把两个系统长时间放到一起稳定运行是一大难点，而且核聚变的中子无法100%隔离，高能中子还会损害超导线圈。

目前期望的解决途径，就是常温超导体，利用常温超导体能大大降低超导系统的复杂程度，但是常温超导体的研制，还没有突破性进展。

除了以上两点，氚元素的来源、磁束缚时间、能量控制、产物导流等问题都有待攻克。

好啦！我的内容就到这里，喜欢我们文章的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

關鍵字: 核聚变 科学 可控