可控核聚變的實現難點是什麼？

材料是無法突破的。可控核聚變用磁約束帶電離子，但是反應放出的中子是無法約束的。設備所有材料在高能中子的轟擊下都會很快老化分解，這是解決不了的。可控聚變反應和恆星的聚變反應機制不同，反應中會放出大量中子，什麼材料都受不了。什麼時候有其他機制或神奇的抗中子材料出現才有可能推廣。至於產出能量自維持運行都是在此基礎上才有意義。

很多技術看起來很美好，現實卻很狗屎很艱難。在我們有生之年能達到到的技術來看能源問題還是要靠踏踏實實的利用風能光能和水能等等清潔能源解決，聚變離我們這代人太遠了，國家投入是為了很久遠的將來做打算。

和很多人想的不一樣，可控核聚變不僅很簡單，而且早就研究成功了。

核聚變指的是輕核聚合成重核的過程，而常見的α粒子（氦原子核）與其他原子核碰撞時，就會發生聚變反應。

例如盧瑟福和布拉凱特的經典核合成實驗，實際上也是人類第一次觀察到的人工核反應，完全可控：

那我們再考慮要求嚴格一點。從氮到氧不會有太多結合能變化，那麼如果把定義改為反應中釋放大量能量的可控核聚變，那麼有沒有可控的實現呢？

有的。

這一反應叫做Deuterium Fusion，兩個氘核融合為氚核或氦核並且放出大量能量。這一反應最早在1934年由奧利芬特實現：

反應裝置可以在小型實驗室，或者車庫規模完成，使用的設備稱為Fusor，通過靜電場約束來自重水的氘離子，並加速使氘離子碰撞發生聚變，反應產生的中子很容易探測到。由於設備要求低，很多不是專業研究者的民間愛好者也自行完成了這樣的核聚變反應，如果你看到中學生自制聚變堆或者桌面冷聚變之類標題黨新聞，八成就是它。

這種可控核聚變和天天說的還要五十年的可控核聚變差距在於Fusor不能產生淨能量，維持核反應所需的高壓靜電場消耗的能量遠超核反應放出的能量，能量增益為負，所以它始終是科學玩具而上不了能源工業界的檯面。

而真正有難度的可控核聚變指的是不僅在核聚變中放出大量能量，而且維持聚變的能量消耗小於聚變反應提供的能量，能夠提供長期穩定能源輸出的具備工業價值的聚變反應。

通常認為，只有在極高的溫度和壓強（勞遜判據和聚變三重積判據）下實現自持聚變反應，聚變本身除了維持反應進行還向外提供能量增益，這樣的可控核聚變才具有工業價值。

可控核聚變的問題，就在於難以在地球上產生極高的溫度和壓強並且長期自行維持（短期的，比如基於核裂變觸發的氫彈已經實現了）。實際上目前的幾種可控核聚變方式都是以約束方式命名的，例如激光（慣性）約束核聚變，磁約束核聚變（託卡馬克，磁鏡和仿星器）。研究的難題在於能夠實現的溫度壓強還不夠大，約束時間還不夠長，因此聚變不能自行維持也無法輸出能量。

目前為止研究中最接近這一自持聚變目標的項目是歷史上第二昂貴的國際科學合作項目國際熱核聚變實驗堆（ITER），它匯聚了六個國家的資源，計劃在2027年連續運行半個小時，輸入50兆瓦電力的同時輸出500兆瓦的能量。如果按計劃進行的話——事實上高度複雜的高溫高壓等離子體工程按計劃完成這種事情是很稀少的——它有望為將來真正的可控核聚變能源鋪平道路。

ITER計劃使用的是反應截面最大，最容易達到自持要求的，也是目前研究重點的反應Deuterium-Tritium Fusion：

將來有可能進一步使用廉價的Deuterium Fusion，以及不產生中子汙染的Helium-3 Fusion。

大家都知道核反應有兩種基本的反應方式，一種是重核裂變，另一種是輕核聚變。只要你學過初中物理，就會知道，原子由原子核和核外電子組成，原子核有質子和中子組成，就能夠輕易理解這兩種反應方式。

所謂核裂變，就是一個重的原子核分裂為多個輕的原子核，然後放出大量的能量。而核聚變，則是兩個輕的原子核合成為一個重的原子核，同時也放出能量。

談起核裂變，大家第一反應都是原子彈、核電站什麼的，實際上核裂變還包括“衰變”。也就是說許多元素在自然的條件下就會發生由一個核變成多個核的反應，這並沒有引起世界毀滅什麼的。

但是核聚變就不一樣了，核聚變的反應條件非常苛刻，可以說地球上的自然界中基本不會發生自主的核聚變反應（這裡面有一個點火條件，叫做勞森判據，有興趣的可以去查一下文獻，大概描述了核聚變時間與功率的乘積要大於某一個常數）。因此，核聚變反應實現的難點就在於它苛刻的反應條件，可控核聚變的難點就在於你是否能夠隨意控制這苛刻的反應條件。

那核聚變反應到底需要多苛刻的條件呢？讓我們首先看看宇宙中自然發現的核聚變反應吧，太陽就是一個經典的核聚變反應的例子。太陽之所以能夠源源不斷地向宇宙中輻射能量，原因就在於太陽的基本組成就是氫和氦，它們在不斷地發生著核聚變反應。木星的組成和太陽非常類似，也都是氫和氦，可是木星卻不會發生核聚變反應。這其中的原因非常簡單，太陽有巨大的質量，在引力坍縮下勢能轉化為內能，溫度急劇升高，這就相當於一個打火機在給氫核點火，從而發生核聚變反應——木星雖然也發生引力坍縮，但是升高的溫度還不足以發生核聚變反應。

可控核聚變也叫作“熱核反應”，實現的溫度大約需要1400萬到1億開爾文。要隨心所欲控制這麼高的溫度，是非常艱難的。如此高的溫度，一方面如何金屬容器都會熔化，所以需要用磁場來做約束，這叫做托克馬克裝置。另外一方面，能點火併不一定能實用：需要輸入的功率小於放出的功率才有意義（吃進去少，幹活多，才有價值呀）。總之，這個問題就是很難的。

核聚變，本質就是再造太陽。在一般的條件下，核聚變是不會發生的。但在太陽中心，1500萬度的高溫和2000億個大氣壓的高壓下，氫就可以聚變成氦了。這樣的反應已經進行了46億年，向外發出了巨大的能量。其中很微小的一部分落到地球上，就滋養了地球豐富的生態圈和整個人類。大自然的安排多麼不可思議！請關注：容濟點火器

在太陽中心，氫可以在1500萬度的高溫和2000億個大氣壓的高壓下聚變成氦。而在地球上沒有那麼高的壓強，要發生聚變，溫度就只好更高，達到上億度。有什麼辦法能達到這麼苛刻的條件呢？所以核聚變的根本難點在於高溫處理：

1、如何將聚變材料加熱到這麼高的溫度？2、用什麼容器來裝溫度這麼高的聚變材料？把核聚變反應堆看成一個火爐，第一個問題就相當於“怎麼點火”，第二個問題相當於“怎麼保證不把爐子燒穿”。

氫彈就是一種核聚變，它可是要用原子彈去點燃的，這是多麼可怕的一件事了，你想讓它可控，這個點火還真是頭痛問題了。

怎麼將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度？（怎麼點燃爐子裡面的燃料？）

將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度以後拿什麼來裝它？（怎麼讓燃料不把爐子燒穿了？）

首先來說第1個問題，關於如何加熱的方法，從上世紀60年代開始，激光器的發明，為如何將物質加熱到極高能量這一問題打開了一條門縫。最早是蘇聯專家開始考慮使用激光加熱核聚變的原料，因為該方法能量大，而且無需與被加熱物質接觸，簡單理解就是類似於拿陽光聚焦之後點燃木屑。但是單個激光器的能量太低，所以為了解決這樣的問題，需要將多個激光器的能量聚焦於同一點。該問題看似簡單，實則非常困難。因為必須保證在短暫的加熱時間內，被加熱物體的所有方向受熱均勻，一致向球心坍縮（簡單理解就是將被加熱物質想象成一個足球，如果想要擠壓足球內部的空氣，最好的方法就是從四面八方一起用力，使其體積被壓縮。如果僅僅從兩個方向使勁，則足球會變形，足球內部的空氣被擠壓效果就會大打折扣）。這不僅需要每個激光器對準的方向控制地異常精確，也需要在這一極短的時間內每個激光器的能量大小需要嚴格控制。目前在該領域美國的研究進展是最快的，其「國家點火裝置」目前正在實驗將192個激光器聚焦於同一點。而我國的「神光三號」項目目前則正在試驗將32個激光器聚焦，下一步目標是48個。

我國研發的神光3號慣性約束核聚變激光驅動裝置

現在再來討論第2個問題，我們拿什麼來盛放這些物質。上億度的物質足夠燒燬任何與其相接觸的東西，那麼就算能將這些反應燃料點燃，又能拿什麼來盛放它？「超導託卡馬克」裝置的研製就是為了實現能將上億度的物質存放於其中的目的。具體的基本原理在高中物理課本就有提到，是通過將這些物質約束在一個密閉的環中使其高速旋轉，來將其固定在一個密閉的空間中，從而實現了變相的盛放

如果這兩個問題能夠得以解決，則其他問題大體可以迎刃而解——但是目前還有一個更加嚴重的問題，那就是這兩種分別針對兩個難點的方案，完全沒有辦法使其結合起來！由於神光三號屬於慣性約束過程，需要聚變物質靜止於指定的標靶位置等待加熱，點燃，而超導託卡馬克裝置則屬於磁約束過程，如果聚變物質靜止下來，則無法在磁場中受到相應的洛倫茲力等作用從而被約束在一個指定的密閉空間當中。所以這兩種方案只能在對一個問題的解決佔有極大優勢的情況下想辦法去解決另一問題。

就目前來看，更加現實的研究方法是想辦法在超導託卡馬克系統當中，加熱其中的等離子體，從而壓縮核燃料的密度，提高其溫度，從而引發核聚變。但是該方法顯得太過低效，想想看，要靠慢慢燒的辦法將一團物質燒到一億度...而且即使燒到了這麼高的溫度，目前也不能長時間維持這一高溫高壓狀態，而在目前的實驗條件下，能夠一直維持這樣高溫高壓狀態的持續時間，甚至還不足以引起核聚變。

另一方面，神光三號對於如何防止燃料燒穿的研究則更顯得沒有誠意。目前的方案是在極短時間內將上百個激光頭的能量全部打到一個極小的，裝有核燃料的標靶上，製造一次極小的核聚變，從而在瞬間將該核聚變過程完成，並釋放大量能量。等效於通過一次又一次，製造極小的微型氫彈爆炸，在爆炸威力不會對儀器產生太大影響的前提下，來釋放出標靶內核燃料的能量。但即使是這樣，目前來看還沒有什麼辦法能在如此短的時間內充分吸收如此多的能量——當然了，由於目前連「將多顆激光器聚焦於同一點」這一看似更簡單的問題都還未得到攻克，現在這個看似更大的問題也還沒有看到相應的進展。

最後，包括《鋼鐵俠》在內，還是有科學家相信，對於核聚變來說極高的溫度並非是必要的反應條件。

如果真的存在不需要上億度的高溫即可製造核聚變的過程的話，以上這些討論就都不再有意義，那時核聚變發電就如同今日的核裂變發電一樣簡單，甚至要比當今的核電站更加普及，更加受歡迎。因此，關於「冷核聚變」，一批又一批的人向其發起挑戰，試圖證明其真實的存在。雖然到目前為止，還沒有任何證據表明即使是在更低的溫度下，核聚變過程依然可以發生，可面對巨大的利益誘惑，近幾十年來還是不斷在有人宣稱自己的研究小組實現了 「冷核聚變」——只是最終都被證明是騙局罷了。

可控核聚變什麼時候能實現？有個笑話是“永遠還需25年”。有人估計是2050年。不過這些全都是猜測，由於難度太大，無論任何時候能搞出來都是好的。我們在目前能做的，就是多試驗，多投入。在條件允許的範圍內，只問耕耘，不問收穫。即使是失敗的探索，也會獲得經驗教訓，對將來是有益的。

可能是沒有找到託尼斯塔克方舟反應堆的人造元素。。。

上面是開玩笑的，下面好好回答一下：

首先是聚變的條件，簡單說就是超高溫超高壓。複雜說就是聚變就是讓兩個原子克服相互間的斥力，是他們接近到足夠近後，由強作用力結合到一起，變成一個原子核。

為了達到這個聚變條件（氫彈用了原子彈引爆）。目前，可控核聚變主要也就靠磁約束了，（畢竟非接觸的作用力裡面也就電磁力夠強了），那問題來了，要產生讓原子可以發生聚變的所需的磁場要求非常大，而目前人類能產生如此磁場的唯一方法就是用線圈加大電流，而電流太大導線扛不住啊，所以只能用超導體，超導又要超低溫，我擦說道這裡聰明的你就發現，這TM不是冰火兩重天麼！實際上還就是~其實目前可控核聚變已經實現了，只是聚變輸出的能力還不足以彌補投入的能量，要說難點，估計也就是材料問題了吧：耐高溫導熱材料，高溫超導材料。（當然，要能弄出鋼鐵俠方舟反應堆那個可以自動吸附氫原子（貌似靠的引力）實現低溫聚變的材料，那人類估計就真和漫威的世界一個水平了~~）

難點是忽悠科研資金。 國際ITER聚變研究設施是人類在根本沒希望成功的的項目上投入鉅額資金的科學實驗。人類的邏輯就是： 幾乎是0的成功的機率×幾乎無限大的希望，結果可能不等於0。

另外，用磁場也很難束縛聚變環境的高溫下等離子體。因為等離子體是帶電粒子，帶電粒子運動就會產生電磁場，就會和約束它的磁場耦合，結果就是非線性運動，約束就不能長時間保持，就會發散。人類的邏輯就是： 先別管那麼多，約束幾秒鐘就算成功。。。

總之，可控核聚變實現的可能性要比重複韓春雨實驗的可能性要小得太多。

太陽就是一個進行核聚變反應，穩定釋放能量的星球。八大行星中木星中心也在進行核聚變反應，對外釋放出持續穩定的能量。

我們的地球內部也在進行核聚變反應，不斷對外釋放穩定核能46億年了。不過地球的質量比太陽小得多，所以地球幅射到宇宙空間的能量比太陽輻射到空間的能量小得多。

由此可見，核聚變反應在宇宙中普通進行著，各種大小天體，衛星、行星、恆星、中子星內部都在進行核聚變反應，黑洞內部也在進行更深層次的核聚變反應，以伽瑪暴和引力波的形式對外釋放能量。

核聚變反應不僅僅是氫核聚變成氦核的反應，而是各種大小天體中的原子、原子核、質子和中子相互碰撞，最終變成中子星或黑洞內部的夸克態物質的過程。所以各種大小天體如果和中子星或黑洞碰撞時，各種大小天體中的所有物質都是核燃料，直至最後變成中子態物質和夸克態物質。

由此可見，在地球上進行受控核聚變反應，必須要有巨大的壓力或極高的溫度外。更重要的一點是尋找容易發生核聚變反應的新材料。

要實現可控核聚變，首先要建立一個強大磁場，這個磁場要比地球磁場強大數萬倍才能約束得住核聚變所產生的強大能量。而磁場需要穩定且強大的電力才能維持，需要解決的有兩個重要問題，一是人類目前還沒有能力源源不斷的為磁場提供強大電力，二是可控核聚變的材料是否能永久穩定狀態下運轉不得而知。如果解決了上述兩個問題人類就可以直接進入到二級文明，那怎麼才能解決呢？一是現在各國運轉的托克馬克（人造太陽）裝置要解決的是核聚變產生的能量是否可以直接轉化成電力為磁場提供能量，二是能否找到可靠的材料能永久的保證該裝置正常運轉，上述兩個問題如果能夠解決那人類將進入星際文明！！

核聚變需要極高的溫度，目前這個溫度最簡單的實現方式是核裂變爆炸，但它不可控，且持續時間很短。

在可控情況下產生觸發核聚變的溫度，面臨產生這個溫度的持續能量供給、如何隔離如此之高溫度產生的能量傳遞等一系列難題。

現在的難點是“等離子體約束”，由於存在各種的“不穩定性”，對於“高溫等離子體”的“磁約束”很難維持“1分鐘”。後面的難點可能是實現“自持聚變核反應”。當然，還談不上對“自持熱核聚變反應”的控制。