同位素是指原子核中質子數目相同，而中子數目不同的同一元素的不同核素，它們互稱同位素。

氫在自然界有三個同位素，即氕、氘、氚，有時也把他們叫做氫1、氫2、氫3，他們就像三兄弟。

既然是兄弟，“基因”就是一樣的，它們都只有1個核外電子，因為原子核只有1個質子，質子帶正電，電子帶負電，正負相抵，所以原子就能夠保持中性，而穩定的存在。

三兄弟不同的是氫1核裡只有光禿禿1個質子，沒有中子相伴；氫2裡面有1個質子，還有1箇中子相伴；氫3裡面有1個質子，還有2箇中子相伴。

除了這三種氫的同位素，人造還有氫4、氫5，理論上還要氫6、氫7，這些都是氫的同位素，都是核裡只有1個質子，只是中子不一樣。

自然界最多的就是氕，佔有氫元素丰度的99.98%，所以一般就把氕叫做氫了，而把氘叫做重氫，把氚叫做超重氫。氘和氚在自然界的丰度分別只有0.016%和0.004%。

通俗的說，所謂核聚變就是在高溫高壓下，將原子的外圍電子驅離，把被電子包裹保護的原子核暴露出來，然後讓原子核與原子核融合，把一個較輕的原子核聚合成一個更重的原子核。

越輕的原子核發生核聚變的條件相對更容易些，越重的原子核發生核聚變的條件就越高越苛刻。

而氫是這個世界已知最輕最簡單的元素，而且也是最多的元素，所以，人類當然就先挑它來開刀了。

比氫大一級的原子是什麼呢？是氦。

氦的原子核裡有兩個質子，因此它的外圍有兩個電子。

氦也有兄弟，就是同位素，叫氦3、氦4。按照前面氫同位素解釋，氦同位素與氫同位素是一樣的道理，核裡面質子數目相同，都是2個，但氦3核裡只有1箇中子，氦4有2箇中子。

氫核聚變過程中會將0.7%的質量轉化為能量，根據愛因斯坦質能方程計算，這個能量是巨大的。

質能方程表示式為：E=MC^2

這樣每克質量釋放出來的全部能量為E=1x10^-3x(3x10^8)^2=9x10^13J。

就是90萬億焦耳，這個能量相當於2.5千萬度電，2.14萬噸黃色炸藥的當量，1.5顆廣島原子彈爆炸的威力。

我們太陽裡面的核聚變就是氫核聚變，每秒鐘有6億噸的氫聚變成5.958億噸的氦，釋放出420萬噸的質量能量，這些能量以電磁輻射的方式，源源不斷的發射到太空，我們地球能撈到這些能量的22億分之一，就養活了億萬物種的千姿百態。

太陽中心溫度並不高，只有1500萬K，但中心的壓力有3000億個地球海平面大氣壓，這才是能夠使太陽核聚變源源不斷的主要原因。

說白了，就是氕沒有中子，而要聚變成氦所經歷的過程就更長，要求的核聚變條件就更高。

核爆炸只是一瞬間，但內部的核反應可是經歷了許多環節的，這些發生在微觀領域的變化，雖然我們眼睛看不到，可科學家們如不弄清楚，是製造不出氫彈的。

如果用氕來發生核聚變，過程就如太陽一樣:

1、1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV;

2、2D+1H→3He+γ，ΔE=5.494MeV；

3、3He+3He→4He+2H，ΔE=12.860MeV。

這個聚變過程非常乾淨，而且效率很高，最終成為一部成為氦3聚變，可以說則是一個完美的過程，如果實現可控，將成為未來最清潔高效的能源。而氦3在月球上儲量非常豐富，當然目前還是未來的夢想，在此不贅述。

理想雖好，實現卻非常難。

現在人類製造的氫彈，為了達到激發核聚變反應的條件，是用一顆小型的核裂變原子彈爆炸產生的億度高溫，如果沒有太陽中心的壓力，光靠億度高溫是無法激發氕核聚變的，而氘和氚則可以在這種溫度中實現聚變。

所以只能退而求其次，採用更加難得的氘和氚來製造氫彈了。

這個聚變過程是：

一般採用鈾235或者鈽239核裂變作為“雷管”，產生0.5億度高溫，引發6Li+n→T+4He反應，在引發D+T→n+4He+17.6MeV反應，這樣產生了1億度高溫，就可激發D+D→H+T+4MeV D+D→n+3He+3.3MeV氘核的兩個聚變反應。

氫彈就是這樣爆炸的。

普通的氫就是氕，氫的同位素有仨，氕氘氚。普通氫也就是氕原子核只有一個質子沒有中子，氘氚分別有一個兩個中子。所以普通氫原子核只有質子的話，這倆帶正電的質子很難融合成新的原子核實現聚變。而氘氚這倆相對容易發生聚變，僅僅是相對容易。

普通的氫，需要像恆星核心那樣的高溫高壓才能啟動聚變。目前我們人類還沒有能連製造出這樣的高溫高壓讓普通的氫發生聚變。所以氫彈、聚變發電暫時採用比較容易聚變的氘氚。

實際上普通的氫發生鉅變，釋放出的能量比他的同位素氘氚聚變可以釋放更多的能量。如果未來人類掌握了更先進的技術，普通的氫也可以拿來當做聚變燃料。甚至只要是比鐵元素輕的，聚變釋放的能量都比引起聚變吸收的能量多。

總而言之，使用氘氚聚變是因為這倆聚變要求最低，是最LOW的核聚變。

氫彈為什麼不用氫製造，而要用同位素氘和氘？

第一個方面是介紹氫彈：(氫彈原理圖和氫彈爆炸圖附後)。氫彈是核武器一種，主要利用氫的同位素氘氚核聚變釋放強大能量殺傷破壞，威力強大的大規模殺傷武器。

材料：氘氘化鋰6，氚氚化鋰6，TNT。

型別：三相彈，氫鈾彈，熱核武器。

主要利用重氫(daOH，氘)或超重氫(chua∩H，氚)等輕原子核的熱核反應原理製成的熱核武器或聚變武器，通常稱氫彈，三相彈，氫鈾彈，三級效應超級炸彈。中子彈是一種小型氫彈。(氫彈當前最大當量五千萬噸TNT威力)。目前擁有氫彈的有中國，美國，俄羅斯，英國，法國。

第二個方面問題：氫的同位素氕氘氚，理論上核聚變都可實現，但目前人類在已知的試驗中，氕沒有找到聚變效應，也許以後有可能實現。正向一百年前量子特性無法實現一樣。而氘氚在多種實驗手段下實現聚變反應，即TNT引爆鈿再引爆氘氘聚變反應，實現氫彈爆炸。氫彈爆炸如圖附後。熱核反應基本公式(略)，反應路經：氘十氚→氦十中子十能量。

還有一種新型核彈，即中子彈，它實際上是一種小型氫彈，只不過這種小型氫彈中裂變的成分非常小，而聚變的成份非常大，因此衝擊波和輔射的效應很弱，但中子流極強，固稱中子彈。

第三個方面：中國聚變工程反應堆。2O18年1月3日，國家發改委宣佈：中國聚變反應堆在合肥集中建設，CFETR專案。計劃分三步走：第一階段到2O21年，CFETR開始建設，第二階段到2O35年，建成聚變工程反應堆，第三階段到2O5O年，聚變工程反應堆實驗成功，建設聚變商業示範堆，完成人類終級能源目標。CFETR專案由中國科學技術大學承擔整合工程設計研究，將從人才培養，人力物力等方面給予全力配合支援。

目前，中國在聚變工程領域最好成績是中國的“人造☀️太陽“也同時是人類聚變工程最領先成果。對進一步深厚研究推進聚變工程有極大引領指導意義。相信中國科學家科技工作者定能實現這專案標。

以上內容，希望幫助廣大讀者清楚解讀氫彈相關問題。謝謝讀者！

最初學核物理時，也曾和題主一樣思考過這個問題，隨著不斷的深入學習，才解決的了相關的疑惑。

不僅僅是氫彈，其實我們製造任何東西，都要至少考慮以下兩方面的問題：

在製造階段，這個可行性不僅僅指的是理論上的可行性，必須是方案實行的可行性，氫原子即不具有這種實際製造的可行性。原因如下：

原子間核子內部存在一種力叫核力，核力與核子所帶的電荷無關，不僅僅存在於中子和中子中間，還存在於中子和質子、質子與質子之間。核力是吸引力。但是核力有一個特點就是短程力，即只有在非常短的距離，作用範圍只有10^-15m，這個範圍相當於核子只有和同一個原子核內部的相鄰的核子才能起到吸引作用，兩個即使相鄰的原子核也超出了核力的作用範圍。

所以核力的作用相當於片警，超過了距離就會有另一個力起主導作用了，這時起到主導作用的力就變為了電磁斥力，電磁斥力只發生在帶同種電荷的核子中，氫原子核就相當於一個質子，讓兩個氫核聚時明顯作用距離超過了核力的作用範圍，只有電磁斥力在起作用，這時需要的外界壓力和溫度非常高，只有理論上存在聚變的可行性，實際上很難達到這個溫度。

這個也是非常重要的，要實現量產，所需要的原料必須是在地球能夠獲取到的，不然也就只能停留在第一個理論階段，比如現在在月球上才存在的氦3就是比氚更合適的聚變材料，只是因為地球上這種資源太難獲取，目前才選擇氘氚聚變。

當然原料獲取階段是在可行性之後的，如果沒有實際可行性，即使擁有再多的材料也是無用的。

確實像問題描述中所說的不含中子的氫（氕）更容易獲取，氕的丰度達99.98％，剩下的0.02%才是它的同位素氘和氚。那為什麼人類製作氫彈的時候不用氕哪？

因為技術上達不到，並且“價效比”不高。

恆星如太陽內部的核聚變的原料都是氕，是因為太陽在本身的引力塌陷下可以提供極端的點活條件-高溫和高壓。並且這種條件是持續型的可以保證核聚變持續型進行，這樣太陽才能發光發熱100億年。而人工的核聚變達不到這樣的點火條件，用氘和氚來進行核聚變條件會低一些，並且產生的能量比氕聚變會更高一些。由於氕的聚變最終的結果是氦4（兩個質子和兩個中子），所以這核聚變過程就比氘或者氚的聚變過程多了一步1H+1H→2D+e(+)。

以上的2D代表氘核，這個過程目的是產生最終氦4所需的中子。

氫彈為什麼不直接用氫製造，而要用同位素氘和氚？

首先我們要來確定為什麼非要選氫或者氫的同位素來製造氫彈，因為從理論上來看在鐵元素之前的所有元素都可以參與釋放能量的聚變，而且都能釋放出巨大的能量，但為什麼選了氫以及氫的同位素呢？

這是因為元素的比結合能不一樣，而這是元素聚變的關鍵要求，而相對氫元素的比結合能要求低得多.....而這個低得多仍然是我們難以企及的，比如太陽中心的核聚變處溫度是1500萬度，大氣壓更是高達2500億個，如此條件下仍然只能滿足氫元素的聚變，現在仍未到氦元素聚變的時代，而太陽最終也只能是氦元素聚變完之後就坍縮成白矮星，其核心質量無法支撐下一步的碳氧元素聚變，因此太陽的未來就是一顆碳氧白矮星.......

似乎事情就變得很簡單了，氕氘氚都是氫的同位素，其質子數都是1，唯一的差別是三者的中子數不一樣，氕沒有中子，氘有一箇中子而氚則有兩個中子......理論上來講氕氕聚變最合適，不僅是因為它在氫元素中的含量高達99.985%，而且其沒有中子干擾，在裂變堆裡中子的數量很關鍵，需要中子來“引火”當然也需要適當控制中子數量來減速！但聚變堆裡中子就完全是個沒有用的東西，一來不帶電無法控制，二來會導致材料嬗變，還會導致放射性變成難以處理的放射性材料！但非常可惜氕氕聚變的要求非常高，以人類的科技暫時無法實現如此變態的要求！

氘氚聚變的要求則低得多，“僅僅”需要上億度的高溫哈（太陽中心只需要1500萬度是因為還有2500億個大氣壓）！因此我們人類所有的努力都在實現如何控制氘氚的聚變，而這已經進行了數十年，儘管不斷有好訊息傳來，但仍然沒有突破性的進展出現！

當然造氫彈就簡單多了，因為不需要考慮破壞性的問題，因為這玩意兒造出來本來就是搞破話的，因此氫彈中可以使用比較容易實現的原子彈來“引火”，在原子彈爆炸形成的極端條件下形成聚變條件......當然有簡單的路可以走，沒有人會去走更難的氕聚變......

這也是我想問的，那現在就來一起探究下。

氫彈是現在最大破壞力的熱核武器，它的原理就是用氫的同位素氘與氚為核裝量，在高溫高壓下高速運動，從而具備巨大的動能。

我查資料後才知道，原來是氘跟氚的原子核之間的斥力最小，讓它們產生輕核聚變反應最容易，引爆最快速，成本最低，價廉物美，自然被核武器專家所青睞。

例舉一個氘與氚原子核反應式供參考：D+D→T+p+4.03Mev。

不過氘與氚為氣體或液體狀態，利用率並不高，核專家常會用固態的氘化鋰C6為核聚變反應原料。氘化鋰C6在高溫下吸收到一箇中子時，會產生氚，然後再與氘反應再生成中子…如此迴圈。每一個迴圈就會產生約22.4兆電子伏特巨大能量。

如果直接用氫做核聚變原料會怎樣？

氫與氘或氚的原子結構雖然質子數一樣，不過氫中子數是0，氘有1個，氚有2個。這使得氫的核吸力相對很小，需要更高的溫度才能引起氫核聚變反應。現在要達到這樣的條件很難，所以捨棄氫而用氫的同位素氘跟氚。

因為氫彈不是化學炸彈而是利用核聚變來釋放能量的

圖示：氫彈蘑菇雲的高度，蘑菇雲高度越高越可能形成影響全球氣候變化的輻射和扳機效應

氫彈不是普通的化學炸彈，如TNT或者黑火藥。氫彈釋放的能量主要來自於，氫元素在高溫高壓下聚合在一起，最終轉變成一種新的元素——氦元素。而在這個融合轉變的過程中，出現了質量虧損，這些虧損的質量透過愛因斯坦發現的質能方程轉變成巨大的能量。

圖示：氫1和氦4原子核的構成差異，氫1沒有中子，只有質子而常見的氦元素有兩個中子。

但是，普通的氫元素與普通的氦元素相比最大的差異在於，普通的氫並不含有中子，只含有一個孤獨的質子，即所謂的氫1或者又專門稱為氕（pie)，但是普通的氦元素，氦4，可是由兩個質子和兩個中子構成的。那麼在將氫1轉變為氦4的過程中，就必須有兩個質子轉變成兩個中子才行，而要做到這件事要麼需要輸入強大的能量，將電子壓進質子讓它轉變成中子，比如中子星的形成。要麼讓質子發射一個正電子變成一箇中子，這都需要強大的能量輸入，而這是人類暫時還做不到的，而即便是我們的太陽依靠它強大的質量產生的巨大的引力，也只能在其核心處才能完成這件事，點燃宇宙中最重要的能量輸出形式——核聚變。

1、兩個氫1猛烈撞擊，在此過程中，形成一個不穩定的氦2，其中一個質子釋放出一個正電子轉變成中子，於是氦2轉變成氫2，既氘原子核。

H1 + H1 = H2(氘原子核）+ 正電子

2、氘原子核再和一個氫1結合，轉變為氦3原子核，即擁有兩個質子一箇中子的不太穩定的氦3

H2 + H1 = He3(兩個質子+一箇中子）

3、兩個氦3原子核撞擊在一起釋放能量，轉變為氦4原子核，同時釋放出兩個氫1原子核。

He3 + He3 = He4 + H1 + H1

圖示：氫彈中的核聚變

氫彈中的核聚變反應與太陽上的核聚變反應，並不完全相同。由於引發氘發生核聚變的溫度和壓力是由鈾235組成的原子彈爆炸提供的，而在原子彈爆炸的過程中會產生大量的中子，這些中子和氘原子核撞擊在一起形成氚原子核，氚原子核再和氘原子核相撞，形成氦4，同時釋放大量核聚變能量。

1、H2（氘） + 中子 = H3（氚原子核）

2、H2 + H3 = He4 + 中子

圖示：氫彈結構

氫彈由鈾235組成的原子彈來引爆，然後氘和氚發生核聚變釋放的出的聚變能，用來引爆鈾238做成的原子彈，這可以極大地提高氫彈的爆炸當量，而且理論上可以做到非常非常大，迄今為止人類真正製造並爆炸過的最大一枚氫彈是沙皇核彈，最初設計當量為1億噸TNT，但最後蘇聯核物理學家擔心，這枚核彈可能會引發不可測的連鎖反應，摧毀地球生態圈，因此縮水了一半，製造了一顆5000萬噸TNT級別的沙皇氫彈，並將其引爆。

氫彈的爆炸當量能做到很大很大，是因為鈾238非常穩定，可以讓氫彈中儲存大量的鈾238，當鈾238受到高能量刺激後，它也同樣可以快速發生裂變釋放出大量能量，因此氫彈雖然名為氫彈，其實最終還是靠鈾238來主管能量的釋放，氫的核聚變釋放的能量主要用來刺激鈾238的裂變反應。當然，如果沒有氫的核聚變，就無法簡單地引爆鈾238，因此氫彈被稱為氫彈，這個名稱也不算錯誤。

圖示：月球氦3純化工程

因為將兩個氦3撞擊在一起轉變成氦4，同時釋放出核聚變能量，這個核聚變反應所需要的條件相對來說最簡單，可惜地球上氦3非常稀少，但在月球上氦3的含量卻相對豐富。如果可控核聚變技術能成為現實，那麼在月球上開採氦3就會變得非常有利可圖。

原因很簡單——因為直接用單質氫製造的氫彈不會發生核爆炸，而威力巨大的金屬氫又難以獲得，所以只能採用氫的同位素氘和氚來做氫彈的核聚變反應材料。

需要特別說明的是氘和氚在高壓環境下只能以液態形式存在，常壓環境下則是氣態的（氘氣和氚氣），因此只能將這兩種氫同位素金屬化才能實現氫彈實用化，否則一枚威力為1000萬噸TNT當量的氫彈重量將會超過80噸。

比如說世界上第一枚氫彈——美國的“邁克”核聚變爆炸實驗裝置，由於當時核聚變材料氘和氚尚未實現金屬化，這枚氫彈只能使用大量液態氘和液態氚，整個裝置重達82噸！

氘和氚的金屬化從原理上來說是非常簡單的，氘的金屬化原理是這樣的：首先需要準備熔化的金屬鋰，將其放置於反應器內，然後向反應器通入高純度氘氣，當金屬熔體鋰被氘化並冷卻後就得到了金屬化的氘——Lithium deuteride 98 atom %D，即氘化鋰6，這種工藝俗稱“氚氣曝射法”。

氚的金屬化要比氘複雜的多，首先需要準備鋰錠，然後放到超重水核反應堆裡接受核輻射，俗稱“熱原子反衝氚化法”，當鋰錠含氚丰度達到98%以後就能實現氚的金屬化，得到氚化鋰金屬。

當然了，金屬氚也可以用氚氣像製備氘化鋰那樣獲得，俗稱“氚氣曝射法”，只不過得到的氚化鋰丰度很低，不足以在核爆中與氘化鋰發生核聚變反應。

氘化鋰的點火溫度為4000萬℃，氚化鋰則為5000萬℃，這也是氫彈必須使用原子彈進行引爆的原因，同時也是人類掌握可控核聚變的技術瓶頸。

▼下圖為氫彈的核聚變材料同位素氘的金屬化產物——氘化鋰6，同位素氘和氚能做為氫彈核聚變材料的原因正是它們很容易實現金屬化，而單質氫的問題在於難以像同位素氘和氚那樣實現金屬化。

那麼問題就來了：能不能像氘和氚那樣使用金屬鋰來實現單質氫的金屬化，用來取代氫彈中的氘和氚呢？

答案是否定的，原因有兩個，第一個是開頭說到的單質氫並不會發生核聚變反應，所以用單質氫製造出來的核彈本質上還是一枚核裂變爆炸的原子彈，無法成為威力巨大的氫彈。

第二個原因是氫很難實現金屬化，如果非要用單質氫綁在原子彈上，那麼這樣的原子彈就會像美國“邁克”一樣非常非常重，既沒有實戰意義，也達不到放大原子彈威力的效果。

換句話說就是即便單質氫實現了金屬化也不能成為氫彈的核聚變裝藥，而是單純的“氫炸彈”。

“氫炸彈”與氫彈的區別在於“氫炸彈”屬於傳統化學炸藥裝填的炸彈，爆炸方式是傳統的含能材料化學爆炸；氫彈則是採用核裝藥裝填的物理爆炸裝置，爆炸方式為核裂變引發核聚變反應爆炸。

但是它們具有一個共同點——威力一樣巨大！這就意味著如果金屬氫成為現實，那麼原子彈和氫彈這樣的核武器就會被取代，屆時也就沒有把金屬氫拿去裝在氫彈裡面的必要了，直接用金屬氫來做為爆炸裝置的裝藥。

這樣的裝藥能使一顆手榴彈釋放出相當於一枚導彈的威力，一發155mm榴彈能釋放出相當於一枚5000噸TNT當量的戰術熱核彈頭。

▼下圖為我軍曾經裝備的各型號航空炸彈，其中3000公斤級的航空炸彈的B成分炸藥在觸地爆炸時的威力可產生1500米的絕對殺傷半徑，如果將B成分炸藥換成金屬氫，那麼絕對殺傷半徑將會提升至75000米，相當於一枚10萬噸級TNT當量的氫彈，如果實現單質氫金屬化，那就沒有拿去製造氫彈的必要了。

金屬氫的製備過程極為科幻，首先需要將單質氫氣壓縮成液態，然後降溫至-259℃，使其變成固態，最後對低溫固態單質氫施加幾百萬個大氣壓的壓力就能得到金屬氫。

這個過程頗與人工合成鑽石極為相似，區別在於合成的鑽石可以在常溫條件下永久存留，而金屬氫則始終要儲存在低溫高壓環境下。

世界上製出金屬氫的國家有美國、前蘇聯、英國、法國以及中國，但無一例外受制於儲存條件過於苛刻，在獲取後短時間內重新變回氣態，如果人類能解決單質氫金屬化的技術問題，那麼超導體電子技術以及武器裝備技術將會發生革命性的改變。

▼下圖為美國科學家團隊在《科學》週刊上發表的金屬氫製備實驗畫面截圖，該團隊使用兩塊金剛石對一份固態化的單質氫施加每平方英寸（約合6.45平方釐米）超過7170萬磅（約合3252萬公斤）的壓力，從而獲得世界上第一份金屬氫，然而金屬氫一旦失去超高壓、超低溫環境的儲存天劍以後就會立即還原為氣態氫，人類難以掌握氫的金屬化技術，至少目前無法掌握。

第一、不論是單質氫還是氫的同位素氘和氚都是氣體，只有在實現金屬化以後才能在常溫下儲存，進而成為實用化氫彈的裝藥，問題是單質氫的金屬化條件太過於苛刻，目前無法實現金屬化利用。

第二、單質氫金屬化以後可成為超導體和高含能材料，爆炸時所產生的威力不亞於氫彈，如果單質氫實現金屬化，那麼核能武器將會被淘汰，不必再做為氫彈的製造材料使用，而是直接製造“金屬氫炸彈”。

結語

以人類目前技術水平而言，單質氫的利用僅限於氣態和液態，比如說使用液態燃料的氫氧火箭發動機，而金屬化的單質氫卻一直處於研究階段。

未來實現單質金屬氫實用化以後必然會首先會被使用到武器裝備領域，屆時人類在大規模殺傷性武器的使用上將不再有所顧忌，因此金屬氫的研究對人類而言究竟是福是禍的問題也應當認真思考。

▼下圖為金屬氫炸彈爆炸的想象效果圖，它的威力與氫彈基本相同，區別在於氫彈爆炸時或多或少會產生核輻射，而金屬氫炸彈爆炸只會釋放能量，不會產生一絲令人恐懼的核輻射，如果真的實現單質氫的金屬化，那麼人類就會在戰爭中肆無忌憚地使用這類大規模殺傷性武器，所以單質氫的金屬化問題對於人類而言不見得是件好事。

只要溫度只夠，莫說氫，就是更重的元素都能點燃。正如細菌不能理解氫彈的爆炸，普通人也很難理解超新星的爆發，秒級的時間內，散發出整個銀河系的光熱能量。如果在地球幾光年之外炸一下，整個地球生命就over了。

前提是，你要有“火”把它們都點燃了。