核聚变有多厉害

从人类祖先从树上下来开始直立行走，到发射火箭把宇航员送上太空和月球，在这几十万年里人类对能源的使用方式几乎没什么改变。

不论是古代的钻木取火还是柴草煤炭，还是近代以来的石油和天然气，这些能源本质上都属于化学能，都是通过破坏燃料的化学键来获得能量，电能的产生更是通过简单粗暴的 “花式烧开水” 来实现的。

直到核能的被发现和利用，人类才算又打开了一扇能源之门，而且这道门里的能量密度， 是化学能的上百万倍 。

因为相比分子层面化学键的断裂，扎根于原子层面的核能，释放的能量更加彻底，但人类目前掌握的可控核裂变技术，还只是入门级别的核反应，能量释放远超核裂变的 核聚变 ，才是核能真正威力的体现。

此刻天空中的太阳就是最好的例子：它靠着内部氢元素核聚变的能量，已经释放了 50亿年 的光和热了。

如果人类掌握了可控核聚变技术，就相当于自己制造了一颗太阳，靠着它带来的无尽的光和热，可以释放近乎无限的电能， 永不枯竭的可控核聚变小太阳 ，将成为未来太空开发和星际航行的必备能源。

举例来说：目前传统的火力发电站，如果年发电量是 100万千瓦 的话，大约要耗费 200万吨 煤来烧开水，同等发电量的情况下，核裂变发电厂需要 30吨 核燃料来烧开水，但如果是核聚变发电厂的话，只需要 0.6吨 聚变燃料，就能实现发电 100万千瓦 的目标。

地球海水中的氢元素，以及氢元素的三种同位素氕氘氚，都能作为核聚变的燃料，而且每升海水中就含有 0.03克氘 ，在全球海洋储水量高达 13.8亿立方千米 的情况下，其中蕴含的聚变燃料足够人类文明挥霍数万年，不但能从根本上解决能源问题，而且还能避免对地球环境的污染。

甚至在能源空前富裕之后，无线供电过程中产生大量损耗也许都能被接受，届时整个地球都将笼罩在电能场中， 电将和空气一样无处不在，任何用电的设备都能随时接收到电力 ，再也不需要充电。

但比地球海洋中的氢更适合做核聚变燃料的， 是远在38万公里外的月球氦3 ，现在各国去月球的目的，也基本都是为了它。

因为氦3在核聚变过程中不会产生任何辐射，且仅在月表的月壤中就有超过 100万吨氦3 ，未来不管是运回地球补贴家用，还是直接在月球上建立核聚变发电站扩大月球基地，都需要大规模开采氦3。

《钢铁侠》中安放在主角胸口的方舟反应堆，在背景故事里也属于核聚变反应堆，但不同于氢弹和太阳这样的热核聚变反应， 钢铁侠的方舟反应堆属于“冷核聚变” ，也就是一种在常温条件下就能实现聚变能量释放的技术，属于地地道道的“黑 科技 ”。

从上世纪50年代提出可控核聚变以来，这项技术就有了一个 “50年魔咒” 。

因为每次问 “什么时候实现可控核聚变？”

得到的回答都是

“50年后”

虽然现在合肥中科大的 “中国太阳” 可控核聚变装置，已经实现了1亿摄氏度情况下稳定运行100秒，其他国家的可控核聚变技术也在进步，但它们都有一个致命的弱点， 那就是输入的能量远大于输出的能量 ，现在最好的实验数据，也仅仅是输出的能量略小于或者相等于输入的能量。

这个弱点或者说缺点，决定了目前的可控核聚变技术无法投入实际应用，考虑到核能的能量密度， 只有当输出的能量10倍甚至20倍超过输入的能量时 ，可控核聚变技术才算成功，人造太阳才能成为现实。

如果在下一个50年里，可控核聚变真的能成功的话，人造太阳的能量肯定会被首先应用在火箭和飞船上，到时候只需要很少的核燃料，就能把体积巨大的火箭和飞船送上太空， 速度也将达到千分之一甚至百分之一光速。

人类文明灿烂的未来，也将被可控核聚变发出的光点亮。

核聚变不但是中国，也是全球都在攻克的一个项目，如果成功攻破，那么人类的世界将会有一个翻天覆地的变化，现在就让我们来提前想像一下吧。

能源、材料、信息是当今影响着世界科学及生活的主要因素。

而核聚变就是能源问题的解决。那当人类通过核聚变获得巨大的便宜能量以后会怎么样呢？

一、节省巨大的资源

近100多年来，人类对资源的使用及开发达到了人类史上的一个新高度，而且是呈几何级数的增长。如果成功使用核聚变来代替目前的常规能源，如煤炭、石油、天然气等等。那么地球的二氧化碳含量将得到极大的改善。

全人类的电能都有保障了，而且由于核聚变能量需要的物质极少，同时也是清洁能源。可以这么说，人类从此可以享受到免费的能源了。

大量的煤电、垃圾焚烧发电站、水电站等等都可以停掉了。估计到时人类可以减排90%以上。

二、人类的文明水平往前一大步

在天文领域，有一个非常有名的文明等级划分方式，叫做卡尔达舍夫等级。在这个等级划分的方法中，主要讲文明分为三个等级，第一级文明能够利用行星资源，并掌控行星的变化，能够控制行星上的一切；第二级文明是恒星级，也就是能够完全掌握控制恒星的技术，可以随意地进行星际旅行；第三级文明上升为星河文明，能够使用整个星河系的恒星能量。

如果人类可以很好地控制核聚变能源，那么人类的文明将直接从 0.73直至1，就是达到了行星资源的完全控制，也就是可以完全掌握并利用。

至于二级文明，那就是突破恒星的限制，也就是说人类可以随意离开地球，移居其他星球并可以改造其他行星的环境，那就是如果人类可以大规模移居火星、可以在太阳系中旅行时，甚至可以抵达太阳内部进行研究，那时候人类的文明程度就达到了第二级了。

所以说，就算人类攻克了核聚变，还距离第二级文明还有很长的距离。但由于这一级文明的要求很高，需要很长时间，一般情况下，人类至少需要5万到10万年才能达到第二级文明。而有了核聚变的开发使用，将把这个时间大大缩减，可以节省三分之一时间。

三、人类的星际开发将向前一大步

对于飞行器与火箭发射等电能并无法完全替代，比如飞行器中的电能使用方式仅仅还是螺旋桨，即使电池密度够高，但螺旋桨推动的飞行器估计不太可能大规模回归了。这个也许要等到可控核聚变小型化，比如能装入飞行器并且推重比依然有达到一定的比例，这个也是可以期待的，但在早期，我们得继续开采石油供给喷气式的飞行器使用。火箭发射的行业尽管可以电磁弹射取代一级火箭，但二级和三级依然需要石油与传统燃料。试想一下如果可以使用核聚变作为火箭的能源，就可以节省不少的能源。

太阳系内的行星际旅行将指日可待 即使聚变发动机达到预测的1%-10%光速，那么依然可以在35分钟×100的时间内到达木星，约合：2.43天，如果减去加速与减速的时间，那么10天就可以打一个来回，木星10日游即将成为现实！

核聚变的条件与实现

由于核聚变的温度高达千万度以上，在这样的状态下，所有原子成为等离子态，而且核聚变条件除了高温，还要使等离子体的密度足够大，维持时间足够长，这样才能发生自持的核聚变反应。这样只有太阳这样的恒星才具备这样的天然条件，不断释放出巨额的光和热量。恒星依靠自身巨大的质量和引力能够束缚等离子体，在高温下持续的核聚变。

人工可控核聚变的困难

人工可控核聚变的困难在于如何实现对高温等离子体的束缚，地球上当然无法具有恒星那样足够大的引力来约束高温等离子体。目前研究可控聚变的有效途径是磁约束和激光惯性约束等方案，国际和国内都启动了多项可控热核聚变实验堆的研究，尽管对核聚变过程的研究进行了数十年，但目前对还具有很大的技术挑战，乐观估计，离商业应用还要几十年的时间。

世界上所有的物质其实都是由 原子 所组成的，而原子的内部结构则是一个原子核和很多个围绕其旋转的电子。只要在一定的条件下，这些原子核就会发生 爆炸反应 ，从而迸发出巨大的能量。

氢弹 所产生的爆炸就是因为原子核发生了 核聚变反应 ，从而产生了 巨大的能量波动 。其实 太阳 之所以能够一直 燃烧100亿年 ， 也是由于核聚变所导致的 ，那么为什么氢弹却在一瞬间就爆炸了，而太阳却能够持续迸发将近100亿年的能量呢？

在上个世纪40年代，世界上的科学技术便达到了一个新的高度，核武器也是在那个时候出现的。最先提出关于核裂变设想的科学家是来自德国的哈恩和斯特拉斯曼，他们两位在1939年初就发表了关于 铀原子核裂变现象 的论文。

于是在几个星期之后，世界上的很多科学家便开始逐步证实这一观点，并且有人还认为可以创造出关于这种核裂变反应的条件，从而 为人类的发展提供一种更为强大的能量 。

历史 上很多最为先进的技术，都是最先运用在军事方面，核裂变也不列外。但是二战之前，原子弹的制造受到了政治条件和 社会 因素的影响而没有继续开展下去。但是到了1940年的时候，德国攻占了法国，于是英、美等先进国家便重新将注意力放在了 核武器 的研究上。

当时很多科学家担忧，一旦德国的法西斯分子率先掌握了核聚变技术就会给世界人民带来十分严重的后果，甚至爱因斯坦最后也给美国总统罗斯福写信，表明 原子弹实验已经迫在眉睫了 。

到了1942年，美国才开展 “曼哈顿工程区” 这项秘密计划。美国政府耗费将近60多万的人力以及20多亿美元的投资，于是到了第二次世界大战后期， 美国成为了世界上第一个制造出原子弹的国家 。

而苏联在1941年受到德国法西斯军队入侵后才正式官方性地开展原子弹制造计划，关于铀原子核的自发裂变便是在这个时候被苏联物理学家Г.Н.弗廖罗夫和Κ.А.佩特扎发现的。但是后来卫国战争的爆发，使得 苏联在1943年的时候，才在库尔恰托夫的领导下进行原子弹研究 。

由于苏联在1949年制造出了原子弹，使得美国人开始寻求一种 更为强大的武器 ，于是在1950年1月的时候，美国总统杜鲁门便呼吁要加快制造 氢弹 ，由此世界各国才开始把目光放在氢弹上面。

最终美国在上世纪50年代制造出了氢弹，而英国和法国也紧随其后，分别在在上世纪50年代和60年代开展了原子弹和氢弹实验，而我国关于氢弹的研究 历史 则是要追溯到1967年了， 仅仅在原子弹完成2年过后，我们便制造出了氢弹 ，让世界各国都刮目相看。

原子弹 的爆炸源于 撞裂原子核 ，而 氢弹 的爆炸原理则是源于 融合原子核 ，前者是 核裂变 来产生能量，而后者则是通过 核聚变 的方式。从爆炸的强度上看， 核聚变要比核裂变强大很多 。

氢弹的核聚变之所以会产生出爆炸，这就是因为氢弹将氢中的 两个同位元素氘和氚会相互融合形成氮 ，从而发生爆炸并释放出巨大的能量波动。氢原子的原子核里面仅仅存在着一个质子，但是 氘原子的原子核则多出来了一个中子 ，所以一旦氘原子遇上氚原子并进行融合的时候，那么 氦原子的能量 便会 小于氚原子和氘原子的能量之和 了。

其实在一般情况之下，物质中的两个原子核是没有办法进行融合的，因为在其内部都携带着 正电 ，一旦相遇便会互相 排斥 。但是氢就不一样，因为在氢原子的原子核中仅 仅存在着一个质子 ，所以 氢原子核所携带的正电往往会比其他原子核的正电小 。

只要在 高温 的环境下，就能够使得 二者相互融合 ，因为一旦环境的温度升高，那么原子的运动速度也会随着加快，所以要把两个原子核进行融合的话，就必须把两个原子的运动速度加快到非常高的程度，经过科学家们反复的实验，发现在温度达到 1亿摄氏度 的时候，就能够 完成这一理论 。

因为在1亿摄氏度的环境温度下，原子就会发生蜕变从而成为一种 等离子体 ，这个时候原子便会从原有的运行轨道上脱离下来， 让原子核之间的距离缩小 ，当这段距离到达1*10^(-15) 米时，强大的核力就会显现出来。

那么我们是如何制造1亿摄氏度高温去制造氢弹的呢？ 其实在氢弹的内部还存在着一个原子弹 ，当原子弹发生了爆炸就会在 一瞬间产生高达1亿的温度 ，以此为氢弹的核聚变反应提供条件。所以恰恰是体内原子弹的贡献才会让氢弹能够瞬间点燃发生爆炸。

根据有关研究，其实太阳的燃烧和我们平常生活中看见的物质燃烧是不一样的，在太阳的内部一直都在进行着和氢弹爆炸相似的核聚变反应，所以太阳能够发出热量和光芒。

而太阳之所以能够持续燃烧将近100亿年，且不像氢弹会在一瞬间就发生爆炸，这主要是由两个因素所导致的，首先就是 太阳自身的燃料要足够充足 ，其次就是 让核聚变发生的反应速度要保持稳定 。

太阳是太阳系中无论是从质量还是体积上看都是最大的一颗星球，而人类所处的地球其质量 仅仅占了太阳系的0.0003% ，而且太阳的体积也是地球的 130多万倍 。所以太阳自身所存在的 氢元素 是非常多的， 能够支持其持续燃烧下去 。

太阳和宇宙中的其他行星一样，在内部高温高压的作用下，几乎是 每分钟就有大概6亿吨的氢会进行核聚变 ，并且还会有420万吨的物质会随之成为能量，这种能量会从太阳的中心逐渐向四周发生 扩张 ，从而 传达到太阳的表面上 。

如果说人类想要收集到一分钟太阳所释放出来的能量，那么几乎会 花费接近100万年以上的时间 。而太阳的中心发热区域经常会产生一种 可持续的聚变反应 ，会从外部向内部形成一种巨大的压力。

但是内部产生的核聚变往往会产生一种更为强大的张力，从而这 两种力量相互汇集 ，达到一种平衡性，所以恰恰是因为这种状态，才使得太阳能够持燃烧100亿年的时间。

太阳在发生核聚变的时候，经常会出现 质子-质子反应链 。而这种反应链想要发挥作用，就必须要 质子和质子之间完成第一阶段的核聚变反应，太阳才会迸发出能量 。

由于质子和质子之间相互存在着 正电荷 ，使得它们互相存在一种 排斥力 ，从而让核聚变的反应难以继续维持下去。那么太阳是怎么发生核聚变的呢？其实这主要是因为太阳上还有一种 “弱力” ，这种力量能够使质子的状态发生一定程度的变化，从而让太阳核聚变的反应变得可能。

但是仅仅依靠太阳自身的弱力其实还不太够，因为较低弱力让太阳上的质子相互碰撞的机会并不是很大，所以这就 要求太阳上质子的密度必须要更大 才行。而在宇宙大爆炸之初，宇宙空间便弥漫着大量的氢，于是太阳在形成后自身携带的氢数量是非常庞大的。

恰恰是庞大数量的氢和太阳上存在的弱力才 使得太阳发生核聚变的速度处于一种缓慢状态 ，同时又不会很快消耗完氢的数量，所以太阳才能够持续燃烧下去。

核能的发现对于人类来说既有好处同时也存在有 潜在的危机 ，核能发电可以使用铀来完成核分裂锁链进而产生出热量，并且还会把水加热成为高温和高压的状态， 从核反应迸发的热量来看就要比普通的化石燃料高出很多 ，而且 所需要的燃料数量比火力发电少 。

核能发电厂 每年 仅仅需要 消耗80吨的核燃料 ，而这些核燃料使用两个标准的货柜就能够进行运输了。假如将其换成 煤炭 ，那么就需要将近 515万吨 了，而且需要装载在20吨的卡车中，并且拉705辆才能运输。如果是天然气的话，就需要消耗143万吨了，换算下来几乎是 20万桶的家用瓦斯 。

不仅如此，核能发电不会像那些化石燃料发电厂一样，会将大量的污染物质排放到大气层中，所以 并不会产生过量的空气污染 。

但是核能发电在 历史 上也有很多失败的例子，曾经在日本的 福岛第一核电站 就发生过放射性物质泄漏事件，当时日本政府将核电站周围20多公里范围内的居民全部 紧急避难 。

随着污染情况的加剧，百姓们都要求能够得到安全庇护，所以政府的生物必需品的补给就变得十分困难，最后日本政府为此次事件进行了道歉，并 紧急叫停了14座新增的核反应发电堆项目 ，对其能量政策开展了全方面的检查。

第二起比较大的核反应泄漏事件就是发生在上个世纪末的 切尔诺贝利核泄漏事件 了，当时很多居民都受到了不同程度的核辐射，一旦放射性物质进入到人的呼吸系统，就会在人体内引起内辐射反应，从而产生 头昏、出血甚至是癌症和新生婴儿畸形 等情况，而且这些病症还会遗传下去，身体受到的辐射越是严重，那么产生的痛苦就越是巨大。

切尔诺贝利核泄漏问题使得前苏联几乎投入了 2000亿美元 才勉强控制住，但是随着空气的飘动，当时的很多欧洲国家，例如白俄罗斯和瑞典等都不同程度的污染。

大概有9.3万人在这次事件中丧失生命，还有 27万人因此患上疾病 ，而且直到现在，当地政府也只是将切尔诺贝利工厂封闭起来，仅仅能维持100年的时间，而在100年后，这些核污染有该怎么解决呢？这依旧是一个问题。

核能也是一种 新能源 ，但是我们在享受它的同时，也必须对它 提高警惕 ，防止再次出现切尔诺贝利那样的核泄漏事件，所以我认为：核能既是天使，同时也像是一个恶魔。只有完善关于核反应的检测系统和预备措施，才能安心地使用它们。

核聚变是不是人类在这个地球上唯一能让我们离开星系的能源了？

以现在的眼光看来，核聚变几乎就是我们最终的理想能源了，尽管在这个道路上依然困难重重，但我们仍然不遗余力的在努力着，并且已经过了黎明前的黑暗，光明似乎总是差那么一丢丢，至少我们已经看到曙光了！

核聚变的原理很简单，如上所示四个氢核聚变为一个氦核的，丢失0.7%的质量，然后以E=MC^2的方式释放出来，由于燃料非常容易获得，因此我们一直都认核聚变是终极的能源！

但要获得原理如此简单的能源的条件近乎变态，太阳的内核温度1500万度似乎并不高，但压力高达340亿个大气压，我们无法实现如此高的大气压，因此只能退而求其次提高温度，但最低聚变条件的氘聚变温度需要5000万至1亿度

即使是最容易的氘聚变，也让科学家有些束手无策、黔驴技穷的感觉，个中的难点是超超高温的等离子体极难控制，加热温度保持机制也是难点，内壁耐热材料一样是难点，连内壁外的超强磁场线圈制造业是难点......但前途实在是太过无量，所以科学界对于核聚变从来都是义无反顾、前赴后继，诱惑实在是太大了！

以ms计的聚变等离子体保持过程，最后一闪就是熄火了.....

不说这种沉重的话题了，下面介绍下聚变的种类吧，哪个适合用在什么地方，了解下未来的用途

一、磁约束核聚变

1.托卡马克核聚变装置

托卡马克结构的核聚变装置

2.仿星器

仿星器结构的核聚变装置

二、惯性约束核聚变

激光点火的NIF（国家点火装置）

当然以上无论哪种实现商业化都是对未来发展巨大的帮助，但几种结构中，惯性约束核聚变是比较适合宇宙航行的，因此我们的飞出太阳系的希望寄托于惯性约束核聚变了。

这个尾部中心闪光就是想象中的惯性约束核聚变的希望之火，理论上装备这种发动机的飞行器可以达到光速1%-10%，这一个非常有诱惑力的速度，它将使得我们能在40-100年内到达比邻星，看上去似乎仍然非常漫长，但这已经是我们能够达到的极限了。

除非未来实现跨越狭义相对论框架的发动机，但我们依然需要为其提供能源，无论如何核聚变都将是未来可以预计的时间内的终极能源，也将是我们以后宇宙航行中为之依赖的不可或缺的未来！

我认为是的，核聚变是目前为止已知的唯一的人类能够在短期内取得重大突破的新型能源技术。而且核聚变也是在这个地球上唯一能够让我们离开星系的能源。

离开了核聚变，别说离开银河系，就连是离开太阳系都非常困难。 虽然核聚变也并不是唯一的新型能源，未来还有可能有反物质推动，曲率驱动等，但是目前为止，核聚变的前景还是很可观的，人类有望在100年内掌握可控核聚变技术。 只要这个目标达到了，人类将不会再有能源危机，可控核聚变的实现，也将会为人类走出太阳系乃至是银河系提供了强有力的能源保障。

核聚变，其实就是轻核子之间相互融合形成重核子然后释放出巨大能量的过程。原子弹利用的是核裂变反应，而氢弹利用的就是核聚变，氢弹的威力跟原子弹相比大了多少就不用我多说了吧。目前人类利用的核能是核裂变，而如果核聚变反应可控的话，产能效率将会大大提高。

核聚变是比核裂变更高级的反应， 原子弹通过核裂变的方式释放能量，产生上亿摄氏度的高温，但是核聚变反应的发生需要在上亿摄氏度的高温下进行，所以氢弹的点燃是通过原子弹来引爆的 ，也就是说核聚变需要核裂变作为引子。

如果像是点燃氢弹那样就简单了，难就难在怎么让能量缓慢释放。那么为了达到这个目的首先就需要想办法束缚住上亿摄氏度的高温，但是地球上的所有物质都不足以承受如此高的温度，所以人们就想了一些方法，那就是通过磁约束。

通过核聚变反应产生巨大能量，冲压式核聚变发动机可以使得飞船的速度达到光速的几分之一，这样的话飞船就足以进行星际旅行。而核聚变释放的能量是要远远大于化石燃料，也大于核裂变的。如果携带化石燃料的话，那么燃料怎么携带就是一个很大的问题，因为需要的能量多，所以也需要携带很多的化石燃料，但是星际旅行这样的大能量消耗过程，如果依靠化石燃料的话，可能把地球上的所有的化石燃料都用上了恐怕也不够。所以呢，目前为止核聚变是最有可能带我们离开太阳系的，但是未来也可能有别的方式，比如曲率引擎和暗物质能量等。

人类再不要聪明反被聪明误了！

还是把聪明用在正道上一一一潜心研究多快好省的开发沙漠太阳能发电和科学开发南北两极的冷空气，不再给地球新增热量，不要再让海水膨胀，淹没陆地！

我真是无法理解，人类不是想尽一切科学办法把自己的亲生母亲地球打扮得 健康 漂亮，环保绿色，万寿无疆，而是费尽心力尽快的离开自己的母亲，去寻找完全不靠谱的母亲！

俗话说得好：苦海无边，回头是岸，我真诚的奉劝那些所谓的能源科学家，快快悬崖勒马！

核聚变是目前已知的、人类有望近期能够掌握的革命性能源技术，一旦可控核聚变技术成熟，那么我们就可以利用，比如拿来发电，拿来作为宇宙飞船的动力，这一切在200年内应该能够普及。由此可见，核聚变也应该是这个地球上唯一能让我们离开太阳系的能源，但是也不是绝对的。因为在新能源领域，还有潜在的能源，比如反物质推动、曲速驱动等，都是很有潜力的星际航行技术，只不过这些技术距离我们太远，甚至连个理论基础都没有。

核聚变不一样，工程样机就摆在那里，不论是德国Wendelstein 7-X，还是麻省理工托卡马克聚变反应堆，都具备了一定的成熟度。德国Wendelstein 7-X已经开始运行，多次试验证明其能够输出能量，其造价达到10亿欧元，可以模拟产生恒星内部的极端环境，利用核聚变产生能量。核聚变技术距离实用化还有数十年的距离，因为目前的一些技术基础还不能克服，核聚变反应堆主要两类，一个是托卡马克核聚变装置，另一个是仿星器核聚变装置，后者使用3D磁场控制，前者使用2D磁场来控制。

美国能源部物理学家和德国科学家对Wendelstein 7-X多次试验表面，3D磁场控制的仿星器核聚变装置安全系数更高一些，磁场在仿星器中扮演非常重要的角色。从目前看，核聚变当然是唯一能让我们离开地球的能源，但距离离开星系还远着，因为银河系直径10万光年，依靠核聚变也无法飞这么远。

目前，人类尚没有把任何人造物体送出太阳系，而人类本身也没有突破地月系，究其原因，最主要的就是因为能源问题，人类尚没有有效的能源用于宇宙航行。

在动力学中，我们用比冲量来衡量火箭引擎效率，它的定义是火箭发动机每秒消耗单位质量推进剂产生的推力，或者是单位质量推进剂产生的冲量，单位是秒。比冲量越高，表示火箭发动机的效率越高。目前人类在航天领域普遍使用的能源是化学燃料，但这是一种非常低级的能源，能量释放效率非常低。

使用化学燃料的火箭被称为化学火箭，分为固体火箭和液体火箭，其中固体火箭的比冲量为290秒，液体火箭的比冲量则是300至453秒。在一些航天器上，我们还使用核动力作为能源，比如说著名的旅行者一号，就是使用核电池作为能源。目前人类使用的核能都是核裂变产生的能量，这种能量比化学燃料要高级，比冲量可以达到几千秒。但是，核裂变火箭的推力较小，只适用于无人的远距离航天器。

核聚变是人类在近期有可能掌握的新型能源，相比于核裂变，核聚变的效率更高。目前，人类往返火星需要四年，而如果使用核聚变火箭的话，将缩短至两个月左右。相比于反物质引擎、曲率引擎等更加“科幻”的技术，核聚变有着坚实的理论基础，虽然技术上还有一些问题，但它是最有希望实现的新能源了。

以目前的科学水平来说，核聚变确实是人类离开地球、 探索 深空最可能实现的能源方式，并且人类也正在做这样的事。此外诸如虫洞旅行、曲率引擎等等，目前来讲只能在科幻电影中实现。

为什么如此看好核聚变呢？

相比于传统的化学火箭，核聚变动力更加持久。

我们目前航天用的都是化学火箭，不过它的能量效率很低，登月使用的土星五号火箭，起飞自重就达到了三千多吨，可以想象，如果要载人飞出太阳系，那得需要多少燃料？而且我们不能和旅行者一号比，它只是个探测器，飞了35年才脱离日球层，很显然我们不能让宇航员等35年

可控核聚变装置又被称为“人造小太阳”，因为太阳的能量就是通过聚变释放的。如果我们能做到控制能量释放的速率，并且一定要持续，之后再小型化应用到火箭上， 那基本就算是成功了 。

还有其他的推进方式吗？

有，比如光帆、虫洞、反物质引擎等等。

光帆 就是利用光压前进，此前霍金先生启动过“突破摄星”计划，打算绕一批微型探测器，靠激光加速飞到相距4.2光年的半人马座a；

虫洞 就是抄近路，在两点之间打开时空洞口，进行穿梭，目前来看，几乎等于幻想；

反物质引擎 ，就是利用正反物质湮灭产生100%的能量做动力，这个比核聚变厉害多了，不过反物质的制作和储存太困难了。但这并不妨碍科幻小说，对它的大量使用。

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人工可控核聚变是目前人类最希望突破的能源之一。

以核聚变发动机为能源是近期可能实现星际旅行的最有效的方式。

核聚变是太阳等恒星的能量来源，人类在上世纪已实现不可控的人工核聚变，当然是以氢弹这种不可控的方式。氢弹爆炸时，由原子弹引爆产生的高温高压实现点火，利用惯性约束高温等离子实现轻核热聚变，聚变能量在瞬间释放。

对于人类来讲，地球也并不能一直是我们平安家园，我们总要走出这个星系，去寻找更多的资源。那么可控核聚变发动机就是人类实现星际旅行目前最有可能的方式了。

目前地球上，对于能量缓慢释放的可控核聚变，难度主要在对高温等离子体的约束，目前人类对可控核聚变反应堆的研究也有几十年了。目前有希望的途径是磁约束和激光惯性约束。磁约束目前各国研究喝多，常见的磁约束装置是托卡马克聚变实验堆，世界上有美国，德国，中国，俄罗斯等国都建立了可控热核聚变反应堆。当前都还处于基础研究阶段，可望在几十年内取得突破。

核聚变也并不是人类星际航行的唯一能源，只是目前最可能突破和实现的能源方式。其他诸如反物质飞船，曲率驱动飞船这些目前尚在理论 探索 中，只能暂时出现在各种科幻作品中。

量子实验室，欢迎评论和关注。

目前来看，在可以预见的未来，比如在未来100 500年之内，也只有利用核聚变技术为宇航活动提供能源。人工核聚变是一项很有前途的技术，目前正在日以继夜的攻克。核聚变，它是太阳等恒星能源的来源，对能源的利用率比较高。过去，我们人类想要发射一枚火箭到太空去，通常用的是化学火箭，通过给火箭灌注大量的化学燃料，用化学能把火箭推送上天。化学火箭一直是航天业的主流产品，优点是技术简单，容易获得，缺点是效率低下，火箭体积过大。而核聚变技术可以克服化学火箭的缺点。钱学森是著名的火箭控制专家，他在20世纪30年代末就构想过利用核聚变技术把火箭发射到天上去。你是不是大跌眼镜？要知道，当时可是30年代，不是60年代，70年代，当时"火箭"这个词汇，仅仅出现于科幻俱乐部会员之间的交流，钱学森的老师为了避免让民众认为火箭太科幻，而把实验室改名为"喷气实验室"。当时，不要说核聚变火箭，就是化学火箭，对大众来说都是一个科幻上的概念。但是，钱学森具有超越时代几十年的前瞻性，他还国内的时候，就提出了核聚变火箭的概念，让人惊叹他的创造力。现在，美国人制定了一个远征火星的计划，打算用火箭把几名宇航员送到火星地表上面去。由于路途遥远，需要一年半左右才能到达，用传统的化学火箭已经不够用，所以需要开发人工核聚变的火箭。这个技术难关主要在于体积的小型化，目前美国科学家已经取得了一定的进展。预计最早到2025年，真正可靠的人工核聚变火箭就可以完成制造。至于科幻小说之中的其他"能源"，比如，什么反重力技术，什么真空零点能量，这些概念都过于超前，在理论上还仅仅是假说，没有得到证实。如果要开发出这些概念 科技 ，至少在目前是完全无法想象的，完全没有头绪。所以，在可以预见的未来，核聚变火箭还是宇航局的首选。

核聚变是目前看来比较靠谱的太空航行的能源，但是不是唯一能源。

要想飞向太空，烧煤显然是不行的，所以现在的火箭用的是更高效的燃料，即使这样可提供的能量也是很有限的。看起来非常巨大的火箭，里面的燃料只够燃烧一小会。现在很多国家的火箭只够发射近地轨道的卫星，只有极少数国家才有那种能把人类送到月球上的大推力火箭。

指望现有的火箭燃料来长期推进太空飞船是不现实的，目前的飞船和卫星一般用的太阳能，但是如果我们打算飞出太阳系，那么太阳能可能就远水解不了近渴了。于是有些飞船用了核裂变的能量，核裂变的好处是容易发生，坏处是有核辐射、利用效率不高。

核聚变正好与核裂变相反，好处是安全环保、能量利用效率高，缺点是不容易发生。虽然太阳每时每刻都在核聚变，但是这事对人类来说还是很困难的，因为我们没有太阳那么大的体量。实验室里难以达到太阳核心那种极端的环境，而且还没法持续、经济的运行。

现在世界上有几十个核聚变装置，美国二十几个，我国十几个，俄罗斯几个，这些装置想要放到飞船上还需要很多的改进。比如关键的一点是，核聚变装置产生出来的能量得比它消耗的能量要多，不然就没法用。光是这点，目前很多核聚变装置就达不到。

其实，如果考虑用最少的物质产生最多的能量的话，正反物质湮灭会是比核聚变更高效的星际飞船能源，只不过我们目前还不能大量制造或者获取反物质。也许随着科学的进步，我们今后能发现更好更高效的能源，来推动人类飞出太阳系甚至银河系。

答：能源这块，和我的大学专业联系挺紧密的，我来谈一点我的看法。

可控核聚变，无疑是人类最迫切希望得到突破的技术，我们的科学家已经研究了半个世纪。要想实现星际航行，没有可控核聚变的话，别说离开银河系，就算离开我们太阳系都是很难的。

我们来分析一遍，目前人类的所有能源方式的特点。

一、传统化石能源

包括煤炭、石油和天然气，目前人类对化石燃料的利用已经达到了顶峰。

以目前的开采速度，全球的石油和天然气还能供给50年，煤炭还能供给100年；对于中国，不从外进口的话，石油和天然气时间缩短近1/5，煤炭稍微多一些。

化石燃料对环境污染非常大，这也是化石燃料的诟病；化石燃料唯一的优势，就是开采技术和利用效率，已经达到了很高的水平，技术可以说相当成熟。

化石燃料的特点，决定了它只能解燃眉之急，未来肯定是靠不住的。

二、水利发电和风能

之所以放到一起，是因为这两个能源有很多共性，首先两者都算是清洁能源，而且都是取之不尽用之不竭。

但同时，两者都会对生态环境造成一定的影响，水利发电影响降水；发电的选址由地理条件决定，灵活性较低，现阶段无法代替火电。

对于未来的星际航行，除非人类发明高效的能源储存技术，否则对星际航行起不了多大作用。

三、太阳能和氢能（氢气）

这两个能源，算是清洁能源中的佼佼者，如果两者同时得到突破，那么人类在地球上的能源消耗，完全可以替代掉化石能源。

太阳能取之不尽用之不竭，氢能（氢气）具备高能量密度，我们可以利用太阳能分解水得到氢气，而氢气方便运输和储存。

在太空中，太阳能更是源源不断；但是，对于超出太阳系的星际航行，太阳能的获取将大大打折。

四、其他新能源

比如可燃冰、生物质能、地热、潮汐能等等，目前技术不成熟；但是也存在各自的局限，可以作为未来能源的补充，要想成为人类能源的主导，不太可能。

五、核能

核裂变的最大缺陷，就是废料的核污染，而且地球上核裂变的燃料（铀）也是有限的。

氢同位素的核聚变过程，没有任何放射性废料产生，释放的能量比核裂变大，而且氢的同位素在海水中大量存在，完全足够人类使用数亿年。

如果以氦-3作为核聚变燃料（3He+3He 4He+2(1H),ΔE=12.860MeV），聚变过程就没有中子产生，意味着不会存在核辐射，是相当清洁的能源，而氦-3在月球土壤中大量存在。

我国属于能源大国，对未来能源的重视度可想而知。目前，国家大量扶持风力发电和太阳能发电，就是为了在未来摆脱化石能源的限制。

对于可控核聚变，关键的技术之一是核聚变的点火，目前主要方式有激光点火和磁约束点火（托卡马克装置）。

比如美国的“国家点火装置”，就是研究激光点火；国际合作的“国际热核聚变实验堆计划”，研究的是托卡马克装置点火；对于中国科学院等离子体物理研究所，也有自己的托卡马克装置。

可以说，无论从那种角度来看，核聚变都是人类现阶段，有可能掌控的终极能源之一，人类要想进行星际航行，除了可控核聚变外，确实没有更合适的能源能够替代。

缺点就是可控核聚变技术，貌似遥遥无期，不知道我们这辈子能否看到？

可控核聚变的实现，将对人类社会造成巨大的改变。可以说，哪个国家先掌握了这项技术，只要人口过亿，那么这个国家基本就能成为数一数二的世界强国。

可控核聚变带来的是什么？近似无限能源！这就让很多事情充满了想象。

第一点，植物工厂可以实现。什么是植物工厂？很简单，造一座几十层的大楼，里面通上电，安装模拟阳光的那种电灯，然后在里面种植物，比如水稻、麦子、瓜果、蔬菜，等等。把灯全部打开，24小时照着。这一栋楼如果占地一亩，造50层，就变成了50亩耕地，造100层就是100亩耕地。你能想象它的粮食产量吗！还怕饥荒、粮食危机、吃不饱饭？如果这种植物工厂实现了，你觉得我们国家再生出14亿人口，能不能养活！

关于这个人口问题，还有一件至关重要的事情：淡水。如果能源近乎无限，那么用电进行海水淡化，这样能够制造的淡水将源源不绝。地球表面70%面积被海水覆盖，有多少海水就能制造多少淡水，你还怕大家淡水供应不足吗！今天，海水淡化技术已经成熟，唯一限制使用规模的，不就是成本嘛！发电近似不要钱，你看能不能敞开来供应淡水。

第二点，加速燃油车的淘汰。今天，在充电还要钱的情况下，电动汽车已经开始了大发展的步伐。想象一下，如果充电近乎不要钱，那么电动汽车的使用成本，就是那堆车体内的各种部件的使用成本。哪个东西坏了修一下，这是近乎唯一的成本。当然，还有电池的使用寿命问题。但是，可控核聚变实现的能源近似无限供应，所带来的低成本供电，将使我们大多数人的脑海里认为电费不要钱，那么也就近似用车不要钱。这将促进多少交通运输的需求诞生呢！

第三点，也是由于用电近乎不要钱，带来了很多很多产业的生产成本大幅度下降。这样，我们日常生活所使用的很多很多产品都会更加便宜。那么率先实现可控核聚变的国家，他们生产的产品就能以很低的价格冲击国际市场。如果量足够大，基本可以冲垮全世界的同等产业。这种经济力量，你难道不觉得可怕吗！这也就是开头所说的，如果这个国家人口过亿，那就说明他们的生产能力足够且内部市场足够。这样的国家，绝对有能力成为数一数二的世界强国。

最后，当然还要说明一下，发电近似不要钱，不代表大家用电就不要钱。毕竟，输电线路的建设和保养还是要钱的。所以，即使可控核聚变实现了，电费大家还是要交的。只不过，由于可控核聚变代替了煤炭发电、石油发电等矿石燃料，会大幅度降低发电成本，且让我们的环保压力更加减轻。这样的世界，很多生活方式和生产方式，将会发生革命性的改变。那将是值得每一个人期待的新时代。

核聚变发电是一种利用原子核聚变反应产生热能，然后利用热能发电的技术。它是21世纪正在研究中的重要技术，主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温，让它产生核聚变，然后利用热能。

与核裂变相比,热核聚变不但资源无限易于获得，其安全性也是核裂变反应堆无法与之相比的。热核反应堆如果在事故状态释能增加时，电浆与放电室壁的相互作用强度则增大，由此进人电浆的杂质随之增加。核聚变发电的最终实现还需很长的时间。

基本介绍中文名 ：核聚变发电 外文名 ：Nuclear fusion power 时间 ：21世纪 技术 ：核聚变 领域 ：能源 学科 ：核工程 介绍,两个条件,极高的温度,充分的约束,比较,优点,缺点,遇到的问题,相关新闻,KSTAR,发展总趋势, 介绍 核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。 聚变是轻核（主要是氢的同位素氘和氚）聚合成较重的原子核，同时释放出巨大能量的过程，太阳发光发热和氢弹爆炸就是这样的原理。聚变能的特点是：聚变反应释放出大量的能量（一升海水中的氘通过聚变反应可释放出相当于300升汽油燃烧的能量）；聚变资源丰富（地球上海水中所含的氘，如果用于氘氘聚变反应可供人类用上亿年，而用于产生氚的锂也有比较丰富的储量）；聚变的反应产物是比较稳定的氦。由于其固有的安全性、环境的优越性、燃料资源的丰富性，聚变能被认为是人类最理想的洁净能源之一。 早在上世纪五十年代初人类就实现了聚变核反应，这就是氢弹的爆炸。它是依靠核子弹爆炸时形成的高温高压，使得热核燃料氘氚发生聚变反应，释放巨大的能量，形成强大的破坏力。但是氢弹瞬间的猛烈爆炸是无法控制的。要把聚变时释放出的巨大能量用于社会生产和人类生活，必须对剧烈的聚变核反应加以控制。因而实现受控热核聚变一直是科学家们的梦想。 核聚变反应堆是一种满足核聚变条件从而利用其能量的装置。从目前看实现核聚变有2种方法,一种是使用托卡马克装置实现,托卡马克是一环形装置,通过约束电磁波驱动,创造氛、氖实现聚变的环境和超高温,实现对聚变反应的控制另一种方式是通过高能雷射的方式实现。第一种方式已于20世纪90年代初实现,目前正在进行工程设计第二种方式已接近突破的边缘。由于核聚变是在极高的温度下完成的,所以又常称其为热核反应。以下所讨论的均以第一种方式为基础进行。 两个条件 实现受控热核聚变反应应满足两个苛刻条件： 极高的温度 要使两个原子核发生聚变反应，必须使它们彼此靠得足够近，达到原子核核心子与核子之间核力的作用距离，此时核力才能将它们“粘合”成整体形成新的原子核。由于原子核都带正电，当两个原子核靠得越来越近时，它们之间的静电斥力也越来越大。静电斥力也称静电势垒，它像一座高山一样将两个轻核隔开。据实验资料估计，要使两个氘核相遇，它们的相对速度必须大于每秒1000公里。此时单个氘核具有巨大的动能，对于一团氘核整体而言，则具有极高的温度。两个氘核产生聚变反应时，温度必须高达一亿度。氘核与氚核间发生聚变反应时，温度也须达到五千万度以上。这种在极高温度下才能发生的聚变核反应也称热核反应。在如此高温下，物质已全部电离，形成高温电浆。 充分的约束 充分的约束，指将高温电浆维持相对足够长的时间，以便充分地发生聚变反应，释放出足够多的能量，使聚变反应释放的能量大于产生和加热电浆本身所需的能量及其在此过程中损失的能量。这样，利用聚变反应释放出的能量就可以维持所需的极高温度，无需再从外界吸收能量，聚变反应就能够自持进行。表征这个概念的科学术语叫做“聚变点火”。要实现聚变点火，必须达到一定的约束时间。约束时间跟密度相关，密度大，单位时间里参加反应的原子核较多，释放的能量也较多，必要的约束时间相应较短。反之，约束时间必须较长。英国科学家劳逊在五十年代详细研究了实现聚变点火必须满足的条件（点火条件也称劳逊条件或劳逊判据），它是温度T和约束时间τ跟密度n乘积的函式。从对高温粒子的约束方式看目前有磁约束和惯性约束两种。 比较 优点 （1）反应放能效率极高。（注：放能效率指单位质量的燃料所能产出的能量） 聚变反应将质量转化为能量，根据爱因斯坦著名的质能方程E=mc2可知很小的质量转化为巨大的能量，所以聚变反应的放能效率极高。 （2） 不产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料； 反应物及产物的放射性 作为反应物的氘、锂和作为反应产物的氦4He都是没有放射性的。而反应物氚是有放射性的，但它的半衰期相对而言很短。 氚对人体的危害主要是吸入人体后的内辐照。氚的半衰期为12.3年的β-辐射，每公斤氚的放射性为9.7×106居里，平均辐射能量为5.7keV。 聚变堆中氚的释放途径有：事故释放；维修操作和运行中的泄漏；由于氚通过管壁和容器的渗透力很强，可引起氚的漏失。 若采用三级大气氚控制，从堆大厅释放到环境中的氚可控制到小于1居里/天。机率分析结果表明，若假象事故态时释放到堆大厅的氚为10×106居里。在FEB和ITER中的氚均为3kg左右，在停堆时刻，包层中氚的总放射性为3.3×107居里。 （3）原料丰富且分布广泛 聚变发电所需要的直接燃料是氘和氚。1g的氘将产生3000×1011J的电能，所以要提供当前世界上所有的能量消耗（相当于每年3×1013J）将需要每年1000t的氘。氘是很容易获得的，因为每6700份水中就有一份是氘。如果考虑到所有的海水，则有总量超过1015t的氘，足可以近乎于无限地提供我们所需要的能量。氘可以采用电解水的方法直接从水中提取，成本很低。 然而氚在地球上并不天然存在，因为它是半衰期为12.3年的放射物。所以作为一种燃料，氚只能通过人工制造得到。最方便的产氚方式是中子和锂的反应。目前，有足够的锂可以至少维持几万年。 所以，聚变燃料必须的原材料理和水的储量相当丰富，而且这些原材料分布广泛，任何一个国家不可能垄断市场。 （4）不存在对石化燃料的依赖； 聚变发电站的基本原理是利用氘氚发生聚变反应来获取能量，并使用蒸汽轮机将其转化为电能。反应的原料是氘、氚和用于氚增值的金属锂，摆脱了对石化燃料的依赖。反应所产生的能量一部分用于维持聚变反应持续进行，剩下的用于发电。所以除了最初启动聚变反应需要消耗额外的能量，接下来不再需要对其提供能量。 （5）基本不污染环境； 由聚变发电站原理可以知道聚变发电不会产生污染大气的气体，它的产物是对环境无害的氦气；另外如上所讨论，聚变电站产生的放射性物质较裂变电站而言很少，而且这些放射性产物的半衰期也是相当短的。 （5）无核事故风险。 聚变电站是固有安全的；它不会爆炸或脱离控制，不像裂变电站那样包含足够运行很多年大量铀或钸燃料，聚变电站只含有非常少量的氘和氚燃料。通常只有1克——只够维持几秒的反应。如果燃料不连续更换，聚变反应将会终止。 缺点 （1）实现太难 裂变能的利用，从开始实现“链式反应”（1943年）到形成一代“能源”（1970年）不过20余年，只因“三里岛”和“车诺比”两次核事故才使裂变能源的发展停顿下来。而对聚变能的发展来说，已研究了50年，预期还要50年才能广泛套用，原因何在？现在能回答的是: ①对电浆了解还是初步；②支持磁约束的各种技术（超导、低温、超高真空、微波、材料等）非常复杂，因为氘氚反应要产生14MeV的强中子辐射，而且还要把上亿度高温的电浆维持相当长的时间，这对人类现有的技术积累，提出了挑战；③全世界对发展巨变还没有形成一致的时间表，很难集中人力、物力和财力。 （2）第一代核反应，即氘氚反应有中子产生 遇到的问题 所需解决“自持燃烧”及“稳态运行”的关键的物理和技术问题列举如下: 自持燃烧的关键问题 （1）氘氚电浆的特征 （2）α粒子的约束 （3）α粒子的 “排灰” （4）遥控操作技术 （5）α粒子驱动的不稳定性研究 （6）自持燃烧的剖面控制 （7）高增益的燃烧控制 稳态运行的关键物理和技术问题 （1）高自举电流份额 （2）稳态运行的磁铁 （3）稳态的电流驱动 （4）氚工艺 （5）长于小时计的放电脉冲时间 （6）解决电浆的“大破裂” （7）包层工程 （8）低 “活化”材料 （9）氚“自持” （10）多于月计的运行时间 （11）电功率输出 只有在此基础上再发展实验堆和商用堆原型，才能说“商业化”。若以一代装置需10余年计，这三代就需40到50年，所以说聚变商用化（托卡马克途径）大约在2050年后实现不是没有根据的。因此，聚变能的套用是“任重而道远”。有人说裂变能的利用，从开始实现“链式反应”（1943年）到形成一代“能源”（1970年）不过20余年，只因“三里岛”和“车诺比”两次核事故才使裂变能源的发展停顿下来。而对聚变能的发展来说，已研究了50年，预期还要50年才能广泛套用，原因何在？现在能回答的是: ①对电浆了解还是初步；②支持磁约束的各种技术（超导、低温、超高真空、微波、材料等）非常复杂，因为氘氚反应要产生14MeV的强中子辐射，而且还要把上亿度高温的电浆维持相当长的时间，这对人类现有的技术积累，提出了挑战；③全世界对发展巨变还没有形成一致的时间表，很难集中人力、物力和财力。 相关新闻 新华网合肥9月28日电（记者喻菲 蔡敏 程士华）世界领先的中国新一代热核聚变装置EAST28日首次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温电浆放电。 负责这一项目的中国科学院电浆所所长李建刚研究员在接受新华社记者采访时说，此次实验实现了装置内部1亿度高温，电浆建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。 工艺鉴定组专家、中科院基础科学研究局金铎研究员在实验后的新闻发布会上宣布，EAST通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。 参与EAST研究合作的美国通用原子能公司盖瑞·杰克逊博士说：“EAST成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，它将在未来10年内保持世界先进水平。” 据了解，EAST装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。 记者在实验控制室看到，这个近似圆柱形的大型物体由特种无磁不锈钢建成，高约12米、直径约5米，据介绍其总重量达400吨。 李建刚研究员说，与国际同类实验装置相比，EAST是使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、运行后获得等离子放电最快的先进核聚变实验装置。 “这意味着人类在核聚能研究利用领域取得重大进步，也标志著中国在这一领域进入国际先进水平”，李建刚说。 人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。氢弹爆炸时释放出极大的能量，给人类带来的是灾难。而科学家们却希望发明一种装置，可以有效地控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出，以解决人类面临的能源短缺危机。 美、法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（ITER）计画，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。 中国于2003年加入ITER计画。位于安徽合肥的中科院电浆所是这个国际科技合作计画的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。 EAST大科学工程总经理万元熙教授说，与ITER相比，EAST在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的电浆位形及主要的工程技术基础是相似的，而EAST至少比ITER早投入实验运行10至15年。因此，无论从人才培养和奠定工程技术及物理基础的角度上说，EAST都将为ITER计画做出重要的、实质性的贡献，并进而为人类开发和最终使用核聚变能做出重要贡献。 不过，万元熙研究员说，虽然“人造太阳”的奇观在实验室中初现，但离真正的商业运行还有相当长的距离，它所发出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。但他预测，根据目前世界各国的研究状况，这一梦想最快有可能在2040－2060年后实现。 万元熙说，未来的稳态运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能量够人类用数亿年乃至数十亿年。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。 KSTAR KSTAR（Korea Superconducting Tokamak Advanced Research）是韩国大田研究基地国家聚变研究所的超导托卡马克核聚变装置，被称为“韩国太阳”，它是国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目的一部分。KSTAR是世界上首一个采用新型超导磁体（Nb3Sn）材料产生磁场的全超导聚变装置，磁场强度是使用铌钛系统核聚变装置的3倍多。核聚变相比核裂变释放的能量更大，而且放射性污染几乎为零，其原料可以直接取于海水，是理想的能源方式。KSTAR的成功为韩国的利用核聚变发电奠定了基石。韩国计画在以后30年左右开始利用核聚变发电。 在2012年，它成功地维持高温电浆（约5000万摄氏度）17秒。 发展总趋势 中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。 2014年中国运行核电机组22台，装机容量达2029.658万千瓦，核电发电量仅占全国发电量2.1%。在建的核电机组有26台，约2800万千瓦。预计到2020年前，中国在运核电装机达到5800万千瓦，在建3000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。 中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。 从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钸循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。

首先强调一点，题主讨论的是可控核聚变的重要性，即对未来有何影响：

1、掌握可控核聚变，能获得更加强大、稳定的能源。可控核聚变利用的是核聚变的原理，通过粒子对撞，其获得的能量十分巨大，而且稳定，太阳就是活生生的例子，太阳能量强大而稳定，人类若拥有这种技术，未来在多个领域能得到快速发展，一旦人类能源变得强大和稳定，科技方面肯定会突飞猛进，科学家运用的能量等级将大幅度提升。

2、掌握可控核聚变，能改善地球环境。由于获取了核聚变所产生的高效清洁能源，我们可以少用、甚至不再动用地球上会产生污染的能源，如汽油、石油，能有效减少二氧化碳及有害气体的排放，对地球的生态环境来说简直是福音，人类也可以走更加持续的发展路线，同时也解决了温室效应、臭氧层空洞等棘手问题，总之可控核聚变带来的能源清洁、无污染，这是重中之重。

3、掌握可控核聚变，能高效地利用地球资源。可控核聚变需要用到的地球资源是水，地球上海洋占到了地球面积的71%，水资源几乎可以说是取之不尽、用之不竭，你可以将可控核聚变产生的能源视为无限能源，既然有了无限能源，煤炭、燃油等用处就不大了，也就是说仅仅是水资源就能满足人类大部分日常所需，这种利用率达到前所未有的高效。而地球将在这种高效的发展趋势下，积累更多的其它资源供人类未来使用。

4、掌握可控核聚变，改变世界格局。由于能源的改变，地球能源格局将受到清洗，因战争而发生抢夺资源的情况将不再发生，而战争的减少将使世界人民更加和谐、团结。精神的愉悦和科技的高速发展，整个地球将得到极大升华，诸如此类问题简直罗列不完。

总之，可控核聚变的实现意义十分重大，对人类未来的生存问题将是巨大冲击，能源的改进不仅影响着人类社会，还将改变整个地球的生态体系，而以上4点只是相对来说比较重要的、客观的和直观的。感谢采纳

人类最引以为傲的就是自身的科技发展，因为不管是力量速度还是寿命，和自然界的一些生物比起来都差了很多，而人类发展必须要用到的就是能源。毫不夸张地说，如果没有能源供应，人类社会将倒退几十年。目前，化石燃料仍然是人类能源的主要来源，但煤和石油都是不可再生的资源，总有一天会耗尽。因此，如何一劳永逸地解决能源问题一直是世界各国科学家追求的目标。

一、考虑到目前的技术水平和当地的条件，人们已经想出了各种方法来利用他们所能利用的自然能源，甚至包括风能、地热能和潮汐能等非恒星能源。但到目前为止，最有可能的能源自由来源是核能。

事实上，受控核能并不是一项新技术。第一个核反应堆早在42年就建成了，人类从此进入了核时代。51年美国科学家成功地利用核反应堆的能量为四个灯泡供电，从那以后，核能发电就不是什么新鲜事了。现在，核电站如雨后春笋般遍布全国，几乎所有的省份都有核电站在运行或在建。

二、核能有多大?据估计，1公斤合格的核燃料所消耗的能量相当于2500吨高质量的煤炭，这是惊人的。如果核能有这么大的能量，为什么它不能永久地解决人类的能源问题?答案就在核燃料本身。目前，获得核能的途径有两种，即核聚变和核裂变。今天所有受控的核动力都是基于核裂变，这需要使用特殊的核燃料铀矿。然而，表面的铀含量少得可怕。目前，世界上已探明的可采铀总量仅约100万吨。即使以目前的消费速度，也只够维持几十年。

三、一些科学家也在关注海洋。海水中溶解的铀总量估计有45亿吨，是陆地的数千倍，但从海洋中提取铀本身就是一个大问题，切尔诺贝利的血液教训将使人们对核裂变保持高度警惕。这就是为什么今天的核电站都建在距离市区50公里的地方。一般来说，依靠核裂变获取能源不是一个长期的解决方案。人们必须找到更清洁、更安全、更可持续的新能源。因此，全世界的科学家都对可控核聚变寄予厚望。为什么核聚变可能是能源收集的最终解决方案?原因很简单，它没有核裂变技术的两个弱点。

核聚变是驱动恒星的引擎，许多人认为这是能源技术的“圣杯”。一个正常运转的聚变反应堆可以无限期、安全和无危险地为世界提供几乎无限的能源。不幸的是，这项技术仍然是科幻小说的素材。这让许多读者不禁要问，“什么是核聚变，人造聚变反应堆是如何工作的”？

在我们进入聚变之前，我们先来谈谈裂变。核裂变与核聚变相反，它是分裂原子的过程。当原子分裂时，无论是通过放射性衰变（放射性）还是通过核连锁反应（核弹），它们都会释放出大量的能量和电离辐射。核电站利用这种裂变能为全世界11%的人口提供电力。

聚变是将两个或多个原子结合起来创造新东西的过程。当两个质量比铁低的原子核发生这种情况时，这个过程会产生大量的能量。当原子核与比铁重的质量结合时，它实际上消耗能量。后者是对恒星的死刑判决，当一颗恒星开始在其核心熔合铁时，它就要变成超新星了。

现在，我们只讨论前者，融合能产生能量的较轻的原子核。这些较轻的原子核的行为可能与我们的直觉相反。当我们试图把两件事推到一起时，这需要工作和精力去做。当我们试图将原子融合在一起时，它们实际上想在原子足够接近后粘在一起。当两个原子粘在一起并融合成新的东西时，它们释放出大量的能量。

在核聚变之后，实际上需要一点能量才能把它们维持在融合状态。不幸的是，由于氢原子具有相同的电荷，所以当它们彼此靠近时，就会相互排斥。这有点像迷你高尔夫——如果你想把球放在一个陡峭的斜坡上的洞里，要把球挪到洞附近需要一点功夫。但一旦球越过了洞的边缘，它就会立即下沉并弹入原位，它“回家”。这要归功于强大的核力，它能使原子“粘在一起”。

更大、更重的原子的工作方式有点不同。它们只是勉强保持在一起，丝毫的扰动都会使它们碎裂并导致能量释放。这就是我们所说的放射性，这种效应用来加热水，形成蒸汽可以驱动涡轮机，为核电站发电。

核聚变研究已经进行了几十年。虽然进展缓慢，但近年来取得了一些令人振奋的进展。虽然实现核聚变的方法有近十几种，但目前有两种设计处于领先地位，最有希望获得成功。它们是惯性约束聚变和磁约束聚变。

惯性约束融合

描述惯性约束聚变的一种俗语称为激光聚变。这是一个名副其实的描述，因为这正是它的本质。几十个世界上最强大的激光被激发，然后在系统中被放大，然后聚焦到一个小目标上。目标通常是一（10毫克）氘 - 氚小球。激光以这样的力量、速度和能量撞击，压缩颗粒并在其有时间通过传统方法使其自身破裂之前立即加热。这个过程发生得太快（在10^(- 11） 到1010^(-9 ） 秒之间），以至于离子被自己的惯性卡住，这就是惯性约束聚变这个名字的由来。

一旦氘 - 氚小球达到一定的压力和温度，就会实现“点火”。“点火”是指小球开始连锁反应的过程，这种连锁反应导致物质开始熔化，从而产生大量的能量。一个10毫克的氘 - 氚小球实现聚变，相当于燃烧一整桶石油。

小球本身是氘和氚的一对一混合物，氘 - 氚都是氢的同位素。全球氘的供应实际上是无限的，它可以从各种形式的水中蒸馏出来，每升海水中含有33毫克的氘。另一方面，氚确难以获得，它是一种快速衰变的氢元素，在自然界中极其罕见。全球氚的总供应量约为45磅。幸运的是，它可以在核聚变过程中产生。当中子撞击聚变反应堆包层壁中的锂时，它被“繁殖”。任何未来的大规模商业化ICF聚变反应堆计划，都必须包括培育自己的氚。

虽然实验性的激光聚变确实能实现“点火”，但问题是从中获得的能量比你投入的能量要多。激光所需的能量相当可观，而对于加利福尼亚州的美国国家“点火”设施（NIF），他们需要将产量提高100倍，才能达到收支平衡。另一个问题是小球本身；如果激光击中小球，而小球没有被均匀地压缩和加热，不仅会有显著降低能量增益的风险，还有可能根本无法实现“点火”。

磁阻融合

磁约束聚变比激光聚变更奇特。实现聚变的过程是使用强磁场来挤压、加热和控制过热的等离子体。等离子体在环形反应器中循环，其中附加的加热等离子体的方法也在辅助加热等离子。 电流也流过等离子体，在某些情况下，还会发生微波，中性束注入和射频加热。 目的是使等离子体尽可能热以引发聚变，温度需要达到或超过1.5亿摄氏度。

在这两种类型的聚变系统中，磁约束被认为是更成熟的技术，可能是第一种实现核聚变净能量增益的技术。然而，它也不是没有自己的挑战。为了达到自我维持聚变所需的温度，必须精确控制等离子体。这是一个技术难题，因为过热的等离子体难以控制。想要控制它，就像把水放在手掌里，然后把它塑造成某种东西。水要么从你的手上漏出来，要么立即失去形状，形成杂乱无章的水坑。将等离子体保持在你想要的位置，如何使用它，并防止它接触反应堆壁，是物理学家面临的最大挑战之一。

等离子体中的杂质和电流或磁场中的不稳定性也会对物体造成干扰，从而阻止聚变的发生。核聚变反应堆壁也有中子损伤的危险，聚变导致中子轰击反应堆壁，并导致金属变弱、变脆并最终腐烂。这有利于氚的“繁殖”，但对本来就很脆弱反应堆壁却不利。

正如我们在这篇文章的开头提到的，聚变力有潜力为我们提供几乎无限的能量。然而，好处并不止于其止。除了能源生产外，为反应堆提供动力所需的燃料量很小，这些燃料可以从海水中蒸馏获得。聚变反应堆产生的辐射也比我们生活在地球上所经历的自然背景辐射少。

世界上近70%的能源来自燃烧煤炭、石油和天然气。由于核聚变不涉及燃烧，所有的污染空气源和废物几乎会在一夜之间消失。尽管核聚变反应堆有一些核废料，但与典型裂变反应堆在其使用寿命内产生的废料量相比，微不足道。核聚变产生的高风险废物也不是高水平，也不是武器级材料。核聚变仅产生少量放射性废物，且只在大约50年内保持着危险的放射性，因此处置问题就不那么令人担忧。也没有导致放射性爆炸释放（如切尔诺贝利）的熔毁风险。这是因为聚变使用的燃料量很小，不可能发生失控反应， 燃料在进行其他操作之前会自行燃烧。

核聚变能力的另一个好处是，它可用于星际太空旅行。

据推测，冷聚变是一种核反应，可能会在室温附近发生。过去几十年来，有那么几个人声称实现了“冷聚变”，但到目前为止，还没有人能够用自己的设备在自己的实验室再现“冷聚变”。实现冷聚变的可能性很小的原因之一是库仑势垒。在恒星的核心和我们的实验聚变反应堆中，由于施加了巨大的热和压力，这个屏障很容易被克服。没有这些极端环境，持续的核聚变是不可能的。

为了摆脱该术语的负面烙印，那些继续研究该聚变领域的人更喜欢使用术语“低能核反应”（LENR）。 目前，冷聚变与永动机属于同一类科学。在欧洲核子研究中心工作的物理学家道格拉斯·R·O·莫里森，把冷聚变称为病理科学的一个例子。这个词是1953年诺贝尔化学奖得主欧文·兰缪尔创造的。他用病理科学这个词来形容一个研究领域，在这个领域的大多数科学家放弃它后很长一段时间内却没有“消失”，还有个别人在坚持研究。