可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開啟和停止，以及隨時可以對核聚變的反應速度進行控制。或者說，最簡單地比喻就是，同樣是可燃燒物質，火藥可以用來做成炸彈，因為只是利用其高能量瞬間爆發的破壞性；同時也可以摻點雜質，做成蜂窩煤，使其可以當做一個煤爐子來緩慢釋放能量，想讓它燒就燒，想讓它滅就滅，秘訣就在蜂窩煤爐子的爐門上。將這個蜂窩煤爐子的燃料換成核燃料，燒上開水，讓開水變成蒸汽去推動輪機發電，就成了一個當今的核電站的基本原理雛形了。

相比可控核裂變來講，可控核聚變的優勢在於：

原料易得，核聚變的原料是重水，可以直接從海水中提煉，並且地球中儲量極大。

核聚變的過程及其產物均不會對環境造成汙染，亦不會造成核洩漏的危害。

那麼將這個煤爐子裡的燃料從核燃料換成核聚變的原料的最大的麻煩在哪裡？

就在於其反應條件。核裂變需要的反應條件很弱，天然的鈾礦在常溫的自然條件下就可以發生衰變。但是相比於核裂變過程來講，核聚變最麻煩的反應條件就是——需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應。而如此高的溫度是用傳統加熱方法所無法達到的。人類研製氫彈時，對於該問題給出了以下解決方案：用核彈引爆氫彈！即透過核彈引爆得到達到核聚變反應的溫度，從而引起核聚變使得氫彈爆炸。因此氫彈內部是有一個小型核彈的。

這樣的話，研究可控核聚變的最關鍵問題現在已經很明顯了，即：

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，鐳射器的發明，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鐳射加熱核聚變的原料，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Sunny聚焦之後點燃木屑。但是單個鐳射器的能量太低，所以為了解決這樣的問題，需要將多個鐳射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）。這不僅需要每個鐳射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鐳射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個鐳射器聚焦於同一點。而中國的「神光三號」專案目前則正在試驗將32個鐳射器聚焦，下一步目標是48個。

中國研發的神光3號慣性約束核聚變鐳射驅動裝置

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，是透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。如果感興趣的話網上關於該裝置的資料也有很多。

中國自主研發EAST超導託卡馬克實驗裝置結構示意圖 （來源：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。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鐳射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。等效於透過一次又一次，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，來釋放出標靶核心燃料的能量。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「將多顆鐳射器聚焦於同一點」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。

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。

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~~）

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，鐳射器的發明，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鐳射加熱核聚變的原料，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Sunny聚焦之後點燃木屑。但是單個鐳射器的能量太低，所以為了解決這樣的問題，需要將多個鐳射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）。這不僅需要每個鐳射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鐳射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個鐳射器聚焦於同一點。而中國的「神光三號」專案目前則正在試驗將32個鐳射器聚焦，下一步目標是48個。

中國研發的神光3號慣性約束核聚變鐳射驅動裝置

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，是透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鐳射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。等效於透過一次又一次，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，來釋放出標靶核心燃料的能量。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「將多顆鐳射器聚焦於同一點」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。

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，使用的裝置稱為Fusor，透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。由於裝置要求低，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，例如鐳射（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專案是歷史上第二昂貴的國際科學合作專案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年連續執行半個小時，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。

什麼是核聚變？用最通俗的語言就是指；較輕的原子之間發生融合反應，生成較重的原子；這個融合過程中有會有大量的電子、中子溢位，釋放出原子內蘊藏的能量。（核裂變顧名思義，是原子發生分裂反應）。人類發現，最易發生融合反應的輕原子是氘氚，在海水中取之不盡，這就給了人類無限遐想。要實現核聚變，需要上億度高溫環境，人類已成功實踐，這就是利用原子彈（核裂變）爆炸產生這樣的高溫，從而瞬間引爆氫彈，實現了（不可控）核聚變。核裂變已可控，這就是今天的原子能發電站。核聚變要可控，有兩大難題；一是用什麼辦法產生高溫，使輕原子融合（聚變）反應能夠發生，而且像扭鑰匙發動汽車一樣，人要它開始就開始，要停就停；二是在什麼裝置裝置內進行這種原子融合反應？人類已知的材料扛不住這樣的高溫！……現在的嘗試是人工製造磁場，讓反應在磁力“籃子”中進行。

要回答這個問題，你首先要理解：核聚變為什麼很難發生？

回答是：愛因斯坦的質能關係E = mc^2只能告訴你核反應發生前後的能量變化，但不會告訴你反應的過程。核聚變要發生，必須首先讓兩個原子核靠得非常近。非常近是多近？在10^(-15)米的量級。要知道，一個原子中原子核跟電子的距離都有10^(-10)米的量級，也就是說，兩個原子核要靠近到原子尺度的10萬分之一才能聚變！

在這樣一個小得不可思議的距離下，核子之間具有很強的吸引力（核力）。然而核力隨著距離的增加下降得非常快，稍微遠一點就幾乎為零了。打個比方，核子就像一對近視度數很深的戀人，離得很近時會拉住手，但離得稍遠時就看不見了，形同路人。

這就帶來一個嚴重的問題。核子包括質子和中子，中子沒有電荷，但質子有正電荷，所以質子和質子之間具有靜電排斥力，根據庫侖定律這個力反比於距離的平方。當距離小到10^(-15)米的量級時，核力的吸引超過靜電力的排斥，兩個原子核會聚合到一起，放出大量的能量。但它們很難從正常的距離（比如說10^(-9)米）開始達到這麼近，因為在這種距離下核力小於靜電力，淨作用是排斥的。好比戀人們都穿著紅色衣服，而紅色跟紅色之間互斥，離得很遠時就會互相推開，那麼他們還有多少機會接近到足以拉上手？

當然，不是完全不可能。如果兩個原子核一開始的運動方向就是相向而行，而且初速度很高，那麼它們會一邊靠近一邊減速，有可能在相對速度減到零之前達到10^(-15)米的距離。這就是發生核聚變的希望。因此，核聚變只有在高溫高壓下才能發生。

高溫和高壓的效果在一定程度上可以互換。在太陽中心，由於壓強高達2000億個大氣壓，所以“只需要”1500萬度的“低溫”就可以把氫聚合成氦（這個溫度真是好低呀，令人一陣清涼……）。但在地球上，由於壓強達不到那麼高，所以得把溫度提高到上億度才行。

太陽

明白了以上基礎，你就可以理解，可控核聚變的難點在於兩個技術問題。一，如何將聚變材料加熱到這麼高的溫度？二，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”。

對第一個問題的回答，慣性約束鐳射點火是一條思路。把聚變燃料放在一個彈丸內部，用超強鐳射照射彈丸，瞬間達到高溫，彈丸外壁蒸發掉，並把核燃料向內擠壓。美國的“國家點火裝置”和中國的“神光三號”等實驗裝置，走的就是這條路。

對第二個問題的回答，磁約束是一條思路。把聚變燃料做成等離子體（原子核和電子分離，都可以自由流動），用超強磁場約束等離子體，讓它們懸空高速旋轉，不跟容器直接接觸。EAST等託卡馬克裝置，走的就是這條路。

一大麻煩在於，這兩條路是互相矛盾的。聚變燃料如果處於靜止，就很難不把容器燒穿；而如果處於運動中，聚焦點火又變得困難。這就是可控核聚變難度如此之大的原因。

人類目前實現可控核聚變的難點，一要高溫高壓，地球上沒容器。二要引爆，沒方法。兩個條件又矛盾重重。

其實是思路出了問題。宇宙核聚變有隕石實物可參考，可他們不屑一顧，那就沒辦法了。這就是核聚變的“容器”。《恆星矽球粒隕石》。裡邊的雪花是“矽球粒”。是氫核聚變爆炸產生的。以專家的腦袋，你打死他，他也不會相信這透明石頭能耐高溫。我親自用氧氣焊燒烤過3200度不熔化不變形。我能找到的最高溫度也就是氧氣焊了。

核聚變過程圖一核聚變準備中，圖二點火裝置，圖三核聚變成功！完成宇宙“能量變物質”過程。……氫沒有變氦，而是直接變成“矽球粒”。∵這塊透明恆星隕石裡發生的核聚變。形成下圖（三圖）的爆炸，誰知這現場有多高溫度和壓力？……不轉變思維方向是不行的。:請看核聚變“能量變物質”產生的“球粒”放大照片。核聚變如何減少物質的產生，才是真正的難題。外星人至今也沒有解決。