核聚變反應是這個宇宙最常見的釋放能量的方式，太陽和所有的恆星都是用這種方式釋放著光和熱。人類也用這種方式製造出威力巨大的氫彈。

核聚變反應威力是巨大的，在太陽核心中進行的核聚變反應，每秒中能釋放出相當於9.2×10∧16噸TNT炸藥釋放的能量，相當於18.4億顆人類製造的威力最大的氫彈“沙皇”同時爆炸。

如何讓核聚變反應成為人類可以控制可靠能源，一直是科學家們想做到的。核聚變反應需要極高的溫度和壓力才能達成。氫彈就是利用一顆小型原子彈的爆炸產生的高溫、高壓使得氘和氚發生核聚變反應的。

圖：氫彈結構示意圖

然而，氘和氚的核聚變反應需求的條件是最低的，所以，人類目前在做的第一代核聚變反應堆使用的核聚變材料是氘和氚。氘在海水中的含量比較豐富，足夠人類按目前的能源需求量使用上百億年。氚的半衰期比較短，只有12.43年，也就是說，每過12.43年它就會有一半衰變成氦3，所以自然界中儲量極其稀少。但可以透過中子轟擊鋰人工合成。目前合成的成本很高，每克高達數萬美元，主要用於軍事目的。

氦3也是一種核聚變材料，它進行核聚變反應不會產生危險的自由中子，不會產生核輻射。使用它作為核聚變材料的反應堆可以不用厚重的防護層，可以實現小型化。但是它發生核聚變反應的條件比氘-氚核聚變高，是目前還不能做到的。即便是氘-氚核聚變都還沒有實現。

氦3在地球上的儲存量極其稀少，但在月球上儲量估計達到了上百萬噸。這也是人類探索月球、建立月球基地的動力之一。

我們都知道現在人類所能製造的熱核反應，也就是核聚變，基本上都是使用氫的同位素——氘和氚的化合物。也許有人聽說月球上氦3的儲量丰度，而氦3又是熱核反應的優質原料，因此感覺如果託卡馬克裝置改用氦3作燃料，應該可以成功。其實這種說法是錯誤的。

氦3確實是一種優質的核燃料，但它的優越性在於熱核反應發生之後不產生中子，只有質子產生，因此這個反應不會產生輻射物質，十分安全。這樣，不需要巨大的安全保護裝置，核反應堆就能夠做的很小了。在一些小型化需求比較厲害的地方，氦3的優越性無法比擬。

但優勢似乎也僅限於此了。氦3發生熱核反應所需的條件比氘氚要嚴苛的多的多。在目前的託卡馬克裝置中，只需要幾千萬度，就能夠實現氘氚的核聚變，但氦3參與的核聚變需要上億度！這還不算，單純氦3發生熱核反應據說需要數十億度！這個條件在我們目前的認知中是不可能長期穩定達到的。

所以，現在世界上所有的研究熱核反應的裝置都是使用氘氚作原料，畢竟這個反應需要的溫度是最低的，條件也是最不苛刻的。如果把氦3放進我們現在的熱核反應裝置中，那不說可控了，反應本身就無法進行。

答：氦3可以作為可控核聚變材料，而且也是未來最重要的清潔核聚變材料，但是氦3的聚變條件，比氫元素（氕氘氚）的聚變條件還高。

可控核聚變技術是各國研究的重點專案，在託卡馬克裝置轉中，可以做到能量因子Q（輸出能量/輸入能量）大於1，但是還無法實現商業化執行。

目前可控核聚變的材料，是氫的同位素氘與氚，因為氘核與氚核的聚變條件是最低，而且釋放能量也相當巨大，核聚變總反應方程式為：

3H+2H→4He+n，ΔE=17.6MeV;

該反應在託卡馬克裝置中，需要上億度才能進行；在太陽內部也進行著氫元素的核聚變，但是太陽內部壓力高達3000億個大氣壓，所以反應溫度只需要1000萬度。

氦3也可以進行核聚變反應，聚變後生成氦4和氕核，反應方程式為：

3He+3He→4He+2(1H)，ΔE=12.860MeV；

其中氕核（質子）很容易被遮蔽掉，該反應沒有中子和高能射線生成，不會有核輻射，所以氦3也被譽為未來最理想的清潔核能源。

但是氦3的反應溫度更高，條件更為苛刻，目前的可控核聚變研究，還在攻克氫元素的聚變技術；而且氦3在地球上的含量太少，全球能被開採的氦3，加起來也就半噸左右，而且提純成本非常高。

如果用氦3作燃料，會不會更容易實現可控核聚變？

可控核聚變是人類夢寐以求的能源，但即使到現在為止仍然依然在核聚變的門檻外徘徊，似乎有一隻腳已經跳到門檻裡，但距離真正的核聚變永遠都還有五十年！都說月球上氦三資源豐富，是核聚變理想的燃料，那麼將現在正在搗鼓的氘氚核聚變換成氦三，會更容易實現嗎？

一、氘氚核聚變的特點

氘和氚都是氫的同位素，但自然界中最豐富的氫的同位素氕，這種只有一個質子和一個電子組成的氫佔了絕大部分，但很可惜，氕要實現聚變非常困難，因為氕會首先聚變成氦2，需要兩個質子和兩個中子，而質子轉變為中子的質量是增加的，還需要吸收聚變所釋放的部分能量，但氦2並不穩定，很快就會衰變成氘！自氘核開始，聚變就開始開掛了，因為氘核中有中子，不需要再從質子經過漫長的時間轉變過來！

氚氘聚變H-2+H-3==He-4+n，聚變成氦四+一個多餘的中子，而問題也從這跑出來的多餘的中子中而來！對於裂變來說，原子核受到自由中子的轟擊而產生裂變！這個自由中子還得製造出來，但在核聚變堆中這個中子卻是一個徹頭徹尾多餘的東西！因為中子會被其他材料的原子核捕獲而發生嬗變，一種正兒八經的材料經過一段時間的中子輻射後就成了放射性材料，這讓人情何以堪呢？

二、有沒有多餘中子釋放的核聚變嗎？

當然有，傳說中的氦三就是！但很可惜氦三在地球上的天然含量只有1.38x10-6的級別，因為氦三主要來自於太陽風中的高能粒子，而地球有一個磁場和厚厚的大氣層，將這些寶貴的核聚變材料統統阻擋在外，而既沒有磁場也沒有底氣的月球當然全盤接收啦！（按這個成因，水星上的氦三會更多）

3He+3He→4He+2H，ΔE=12.860MeV；

氦三的聚變是完美的，釋放巨大能量的同時，還沒有中子汙染，這絕對是一種理想的能源！

三、為什麼我們不直接上氦三聚變？

吃瓜群眾的疑問，既然有那麼多好處，為什麼不直接上氦三聚變？

氦三是我們終極的聚變能源，但實現氦三聚變即使在規劃中也屬於第三代，即按正常來考慮它的實現是比較困難的，那麼請問是什麼原因？

比結合能：強作用力是原子核中質子與中子節能的力量，原子核中質子與中子的數量越多，需要將其分開的能量就越大（鐵元素為峰值），元素的結合能與質子與中子數之比就是比結合能！

從氘、氚到氦元素的比結合能是節節攀升的，簡單的理解就是氘氚實現核聚變相對比較容易，而氦要實現聚變所需要的能量就會高得多！因此在那個氘氚核聚變還在天上飛的時候就奢望氦三聚變，似乎還早了一點！我們也記得前蘇聯物理學家、託卡馬克之父Lev Artsimovich曾經說過一句很黃很暴力的名言：

“當整個社會都需要的時候，聚變就會實現！“

好吧，我們現在已經很需要了，因為再不實現，人類就要將地球在數十億年間積累的化石燃料消耗殆盡了，不僅如此，還會把地球搞得烏煙瘴氣，這後果很嚴重！啥時候能實現啊，給大神您燒高香了哈！

氦3只是核反應時中子輻射低比較安全，製取氦3成本較高。質子含量越少越容易聚變，因為質子少意味著外圍電子少，阻擋原子核接觸的電磁力就弱。

可控核聚變的關鍵難題是如何持續的保證核聚變所需的超高溫度和壓力，而不是聚變燃料。形象點就是我們需要一個爐子，而燒爐的煤和怎麼點燃不是問題。