聚变

核聚变的定义

核聚变是指由质量小的原子，在一定条件下，比如超高温和高压，发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。

核聚变的特点

核聚变主要利用的原料是是氘和氚，而在每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，这就说明核聚变无高端核废料，可不对环境构成大的污染。但也正是因为可释放出巨大的能量，核聚变对反应的要求与技术要求极高，目前人类还没有办法对它们进行较好的利用。

核聚变实现的方法

但实现核聚变目前已有不少方法，最早的是"托卡马克"型磁场约束法，是利用通过强大电流所产生的强大磁场来约束等离子的运动范围，不过这种方法要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。另一种实现核聚变的方法是惯性约束法，利用物体爆炸的反作用力使温度急剧升高，从而不断爆炸来释放能量。

实现核聚变原理上虽然简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的还差很远，加上其他种种技术上的问题，使惯性约束核聚变仍是可望而不可即的，但其美好前景的巨大诱惑力，正吸引着各国科学家在奋力攀登。

核裂变是重原子核分裂为轻原子核，并在极短的时间内就释放了巨大的能量，能量释放后会产生的核废料有很强大辐射。

而核聚变反应和核裂变反应刚好相反，核聚变则是让轻原子核结合成较重的原子核从而释放能量，如恒星持续发光发热的能量来源，可控核聚变的能量要比可控核裂变大的多，并且也不会产生核辐。

裂，即分裂，是一个变多个 聚，即聚集，是多个变一个 本质上的区别就是这样 对于核物理，本质是一样的，都是在转换的过程中损失了质量，变成了能量。

一、什么是核聚变

核聚变，又称核融合，是指由质量小的原子，比方说氘和氚，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。

二、什么是核裂变

核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。

三、核裂变和核聚变的区别

相比核裂变，核聚变的放射性污染等环境问题少很多。如氘和氚之核聚变反应，其原料可直接取自海水，来源几乎取之不尽，因而是比较理想的能源取得方式。

无论是从控制还是环境的角度来区分，这都不能说明是这两类反应的本质区别，只是不同原料和方式的区别，换一种原料和方式，就是同一类反应也是会有区别的。

聚变，就是2个或几个较轻的原子,在特定的条件下，聚合成1个或者几个较重的原子，这个过程要是放出大量的能量，裂变恰好相反。

核裂变

虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。

核聚变

在近亿度高温条件下进行，地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，使氢弹得以爆炸。但是，用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用于核聚变发电，因为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能。

1986年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了3He研究中心。只要从月球上运回25吨3He，就可满足美国大约一年的能源需要。目前，全球每年的能源消费大约1000万兆瓦，联合国1990年公布的数字，到2050年时将会猛增至3000万兆瓦，每年从月球上开采1500吨3He，就能满足世界范围内对能源的需求。

核聚变与核裂变的区别在于：不同的含义、不同的能量、不同的作用。

1、含义不同：核聚变是两个小质量的原子合成一个相对较大的原子，核裂变是一个大质量的原子分

2、产生不同的能量∶核裂变虽然能产生巨大的能量，但远不如核聚变。核聚变应在近亿度的高温条件下进行，原子弹在地球上爆炸时可以达到这个温度。裂变易于控制和引起，只需控制中子流的密度，而聚变不易控制，需要数亿度的高温，但聚变是宇宙中最常见的核反应。

3、功能不同：裂变堆的核燃料非常有限，不仅产生强辐射，伤害人体，而且几千年的废物难以处理，核聚变辐射少得多，核聚变燃料可以说取之不尽，取之不尽。裂变对环境的污染更大，而聚变要好得多。

《自然》杂志最近报道说，英国政府最近宣布将投资2亿英镑(2.48亿美元)建造世界上第一座商业核聚变发电厂，希望到2040年实现核聚变能源生产的商业化。核聚变反应是当两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核时，从质量缺陷释放能量的过程。

太阳内部正在发生的是氢氦融合。聚变能源具有资源无限、不污染环境、不产生高放射性核废料等优点。它被称为能源领域的“圣杯”。然而，目前没有一个反应堆能产生比点燃反应所需更多的能量。目前正在法国南部进行的国际热核聚变实验堆(ITER)项目旨在到2035年实现这一目标。

英国走得更远，建造了一座可以利用核聚变发电的发电厂——“球形托卡马克能源生产”(STEP)。在接下来的四年里，库莱姆聚变能源中心的科学家将为STEP设计一个详细的计划。该发电厂预计将产生数百兆瓦的净发电量，并计划在20世纪40年代初开始运行。整个项目预计耗资数十亿英镑。

像ITER一样，STEP也将基于“托卡马克”设计，它使用磁场来限制氢的重同位素氚和氘的等离子体，允许它们在极高的温度和压力下相互融合，产生聚变能。然而，ITER的托卡马克是一个甜甜圈形状的装置，而STEP把这些超热气体放在一个更紧凑的装置中，形状像苹果核。此外，STEP的尺寸较小(约10米长)。科学家认为缩小尺寸可以降低制造成本。然而，减小尺寸也带来了问题，例如如何在较小的表面积上控制等离子体的极端热量。麻省理工学院的等离子体物理学家安妮·怀特说，制造更紧凑的托卡马克装置是一个冒险的选择。ITER的托卡马克装置应该没有什么问题，因为它的设计已经被广泛研究过了，但是球形托卡马克装置仍然有许多未知之处，“这意味着有更多的风险。”

星系和星系团被暗物质晕(蓝色的暗物质和红色的气体)所包围。一位科学家指出，暗物质粒子可能经历一种称为“暗融合”的现象。星系和星系团被暗物质晕(蓝色的暗物质和红色的气体)所包围。一位科学家指出，暗物质粒子可能经历一种称为“暗融合”的现象。

新浪科技新闻，北京时间，6月13日，据国外媒体报道，核聚变也可能有黑暗的一面。一项新的研究指出，一个被称为“黑暗融合”的假想过程可能在宇宙中无处不在。

标准核聚变是指两个原子核融合形成一个新元素，同时释放能量。“这是太阳光线的来源。”伊利诺伊州费米实验室的物理学家山姆·麦克德莫特说。然而，他在6月1日发表的一篇新论文中指出，暗物质粒子之间也可能发生类似的过程，称为“暗聚变”。

如果理论是正确的，这一现象可能有助于物理学家解决暗物质的一大谜团。宇宙中的大部分质量由暗物质组成，但我们对此知之甚少。没有暗物质，科学家无法解释恒星在星系中是如何运动的。然而，暗物质在银河系中心的分布仍然是一个未解之谜。

科学家认为，暗物质由不与构成恒星、行星和生物的普通物质相互作用的粒子组成。因此，这些粒子极难检测。但是暗物质可能不是彻头彻尾的“反社会者”。“暗物质粒子真的不会相互作用吗？没有足够的理由证明他们不会。”加州大学欧文分校的物理学家马诺·卡普林哈特说。

科学家认为暗物质粒子可能会相互排斥。但是新的研究走得更远，说这两个暗物质粒子也可能经历融合形成另一个神秘的暗物质粒子。

这一黑暗融合过程可以解释为什么星系中心附近的暗物质比预期的分布更均匀。星系形成的计算机模拟显示，当暗物质接近星系中心时，密度急剧增加。但事实上，暗物质在星系中心的分布是相当均匀的。

计算机模拟假设暗物质粒子不会相互作用。然而，暗聚变可以改变暗物质粒子的行为，并为它们提供能量，这样粒子就不会在星系中以高密度聚集，从而在星系中心更均匀地分布。

"通过这种相互作用，一些粒子会被踢出去，所以它很酷."俄亥俄州立大学物理学家安妮卡·彼得说。然而，她指出，黑暗融合最终可能会将粒子完全踢出星系，这与预期的情况不符。科学家认为每个星系都被一个暗物质的光环所包围，这些粒子可能会从中逃逸。

目前，即使核聚变还有另一面，科学家们仍然不知道。

图1:星系和星系团围绕着暗物质晕(蓝色的暗物质和红色的气体)。一位科学家指出，暗物质粒子可能经历一种称为“暗融合”的现象。

由日本化学研究所、中国科学院兰州现代物理研究所和德国重离子核科学研究所组成的国际研究小组，利用原子数为20的钙(48Ca)束重离子直线加速器(RILAC)和原子数为96的锔(248Cm)靶，通过热核聚变成功地合成了原子数为116的同位素292Lv和293Lv。这项成就是在原子序数119之后探索新元素的一步。研究结果发表在最近出版的《日本物理学会杂志》上。

原子序数104之后的元素称为超重元素，需要通过重离子加速器通过聚变反应人工合成。迄今为止，重元素如108、110、111、112和113都是通过冷聚变反应合成的。为了探索119之后的新元素，俄罗斯和美国的一个联合研究小组也在利用热核聚变反应进行合成实验。

热核聚变是一种合成超重元素的方法，通过用较轻的重离子(原子数为10至20)照射锕系元素(原子数为89至103的元素)靶来产生核聚变。它是一个热态复合核，比冷聚变具有更高的激发能。复合原子核释放的中子数约为3至5。尽管核裂变的数量增加，超重核可以通过富中子核之间的冷聚变反应合成。

该研究小组使用RILAC将钙束加速到光速的11%，并以平均每秒5.7×1012个钙原子的速度照射锔靶来引发聚变反应。结果，成功合成了三种同位素292Lv和293Lv。

这项研究是利用热聚变反应探索原子序数119之后的新元素的第一步。随着原子序数的增加，热核聚变反应的形成速率逐渐降低，使得合成新元素更加困难。

随着科学技术的发展，对能源的需求越来越大。尽管化石能源(主要包括煤、石油和天然气)仍然是世界上最重要的能源消耗。然而，更不用说使用化石能源对周围环境的污染，人类的不断开发最终将导致化石能源的枯竭。因此，发展清洁新能源是未来发展的方向。太阳能、风能和生物质能等新能源已经逐渐融入我们的生活。事实上，即使听起来有点不真实，核聚变能源确实是一种新能源。

在零排放的前提下，核聚变可以为我们提供大量的清洁能源，这几乎是无限量的燃料。如果我们能很好地开发和利用核聚变能源，那么我们目前的能源结构可能会发生巨大的变化。当然，所有好的想法都是基于我们对核聚变能源的利用。由于这个原因，世界各地的研究人员在这项研究上花费了大量的精力和财力，目前已经在科学研究基金上投资了数十亿美元。

去年2月，德国东北部沿海城市格里夫斯瓦尔德新建的核聚变装置温德尔斯坦7-X卫星模拟器正式开始运行，开启了核聚变能源研究的新篇章。

这是一个实验性聚变反应堆，项目资金高达10亿欧元。它主要用于测试各种设计的反应器。

预计该聚变堆的运行时间将在2021年前后持续约30分钟，这也是目前世界上所有聚变堆中最长的运行时间，在展示未来聚变发电厂的一些基本特征——连续运行方面发挥着重要作用。

然而，温德尔斯坦7-X并不是唯一的高空聚变反应堆。在法国南部，ITER(国际热核聚变实验堆)项目目前正在建设中，是世界上最大和影响最深远的国际科学研究合作项目之一。这个ITER也是一个实验性的聚变反应堆，但是它使用了一个不同于温德尔斯坦7-X卫星模拟器的设计，叫做托卡马克装置，耗资200亿美元。

然而，尽管温德尔斯坦7-X和ITER采用了不同的设计，他们是互补的。只要其中一个有所创新和突破，就有可能发展成为最终的核聚变发电厂，能够每天供电。

路径失真

类似于太阳内部的聚变反应，两个轻原子，如氢原子或氦原子，会聚形成新原子并释放巨大能量。我们也许能通过同样的方法获得所需的聚变能。

聚变反应产生的原子质量最终会比原来两个原子的质量总和略低。根据爱因斯坦的质量-能量方程E = mc，我们可以知道质量减少最终转化为能量，这通常被称为聚变能。

然而，研究的重点是如何简化两个原子之间的聚变反应，这也是一大难点。目前，聚变反应的实现需要将反应堆加热到几百万摄氏度。

然而，如此高的反应温度对于普通容器来说是不可接受的，并且正常反应材料的性质也会在一定程度上发生变化。在过高的温度下，聚变反应材料会变成热电气体，也称为等离子体。如果放置在适当大小的磁场中，反应材料将不会与反应器内部接触。

温德尔斯坦7-X卫星模拟器的设计特别有趣。它主要包括一个嵌入磁性瓶中的真空室，该真空室由一个由70匝超导磁体线圈组成的系统产生。磁性瓶产生的强磁场足以保持热等离子体不与反应器内部接触。

卫星模拟器和托卡马克都属于环形磁约束装置，用于研究各种聚变反应。

事实上，这些实验都限制了等离子体通过由强环形磁场形成的磁性瓶的行为。

然而，为了使圆形磁性瓶对等离子体具有良好的限制，磁场必须具有弯曲运动粒子的运动路径的能力。在托卡马克装置的ITER反应堆中，等离子体中的大电流可以用来完成这种扭曲粒子的运动轨迹。

然而，这种大电流可能导致整个系统的不稳定性，即等离子体的破坏。

如果等离子体被破坏了，我们需要向反应堆注入其他气体来冷却它，以防止等离子体破坏实验甚至一些危险的东西。

相比之下，在卫星模拟器中，这种扭转路径主要是通过扭转整个机器本身来实现的。相反，没有大的环形电流能使等离子体更稳定。

显然，研究成本主要来自激励线圈和对运动粒子的限制。通常，为了降低成本，激励线圈的设计不像理想的那样复杂，并且对运动粒子的限制也被简化，这意味着在磁性瓶中包含等离子体不是那么容易的。

共同点

虽然温德尔斯坦7-X和ITER使用不同的方法，但大多数底层技术是相同的。

首先，它们都是环形超导机器。其次，它们的加热方法也使用外部加热系统，例如通过一定频率的无线电加热等离子体或者将中性束注入反应堆。同时，大多数血浆诊断技术有许多共同之处。

在发电厂，氘和氚(氢的同位素)以及高能中子聚合形成氦原子。

当然，这种等离子体也包含氦原子，而电中性的中子主要分布在等离子体的空白区域。当外界被加热到一定温度时，这可以驱动汽轮机发电。

根据聚变反应的共同特征，我们清楚地知道，只有通过开发能够承受高温的材料和聚变反应产生的快中子，我们才能利用聚变能。

不管设计方法如何，聚变反应堆第一层的内壁必须能够在其寿命期间抵抗高能粒子的持续冲击。

在现阶段，无论是ITER使用的托卡马克装置还是温德尔斯坦7-X使用的卫星模拟器，讨论它是否更适合于商业核聚变发电厂还为时过早。

然而，开始研究温德尔斯坦7-x并不是一个错误。这不仅有助于区分更合适的技术，而且为未来的聚变实验提供了宝贵的知识和经验。也许，在未来的某一天，由聚变能源引发的能源革命将会上演。

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译阳光，转载必须授权。

如今，国内媒体有报道称，“小型聚变反应堆的技术已经突破:可以安装卡车”。然而，大多数后来提到的科学家和科学传播者都对这一说法表示怀疑。

洛克希德·马克公司的10年计划侧重于设备的小型化。科学家正在设计一种新型的紧凑型聚变反应堆。聚变堆可以从聚变堆芯的极高温度等离子体中吸取能量。当氢原子被加热到数十亿高温时，它们会产生聚变反应，同时开始释放能量。碳纤维可以提取这种能量，并最终将其转化为电能。

“这个核项目显然不划算，”汤姆·贾布尔在一封电子邮件中告诉记者。Jarboe是航空航天学教授，物理学副教授，华盛顿大学核聚变实验研究员。

传统的反应堆容器被称为托卡马克装置，看起来像一个中空的圆环，通常有公寓那么大。洛克希德公司声称，其新的循环流化床反应器在比大型卡车小的空间里产生的能量是托卡马克装置的10倍。但贾布尔不同意。

普林斯顿大学等离子体物理实验室托卡马克聚变实验堆

“这个设计有两个甜甜圈和一个外壳，所以它是托卡马克装置的四倍大，”Jarboe说。在我们的设计(华盛顿大学的实验)中，等离子体不必环绕线圈来解决这个问题

尽管洛克希德·马丁公司声称他们正在审查许多专利来帮助实现他们的目标，但是他们没有发布任何关于这项研究的科学论文。

普林斯顿大学等离子体物理实验室副主任迈克尔·扎尔斯多夫说:“洛克希德非常有兴趣向世界提供非碳能源。虽然我们还没有看到洛克希德公司的任何实验结果，但设计本身是一个有趣的概念。看起来他们仍处于这一结构的早期阶段。”

尽管扎尔斯多夫很乐观，但其他人不准备接受这种夸张的宣传。

德克萨斯大学的热核等离子体物理学家Swadesh M. Mahajan认为洛克希德的声明有很多值得怀疑的地方。具体来说，“我们不知道有任何材料能够在洛克希德公司宣称的范围内承受如此高的温度。”

韦恩州立大学的助理教授、大型强子对撞机的研究员罗斯·里德认为，洛克希德公司的研究结果到目前为止只停留在理论阶段，因此很难知道这是否会在未来实现。

当被问及洛克希德的概念是独特的还是新颖的时，扎尔斯多夫说现在说还为时过早。

尽管许多报纸称洛克希德公司的研究是一个“重大突破”，可以“永远改变世界”，但该公司自己从未使用过这样的说法。看来我们还得再等一会儿才能看到洛克希德公司的反应堆投放市场。

(原文来自《商业内幕》，由蝌蚪君编辑，请注明转载来源。)

他们设计了一个概念性的核聚变反应堆，但是当它变成一个大型发电厂的规模时，它的成本将和一个产生相似电量的燃煤发电厂一样。该研究小组的核聚变反应堆设计和成本分析于去年春天发表，并将于10月17日在俄罗斯圣彼得堡举行的国际原子能机构聚变能源会议上发表。

"到目前为止，这种设计在生产非常经济的核聚变发电方面有很大的潜力."华盛顿大学航空学教授和物理学副教授Thomas Jarboe说。华盛顿大学研究小组设计的dynomak反应堆始于两年前加伯接手的一个班级项目。课程结束时，贾比尔和他的博士生德里克·萨瑟兰继续发展和修改这个概念，他之前在麻省理工学院研究过反应堆设计。

这种设计基于现有技术，并且在封闭空间中产生磁场，以确保等离子体停留足够长的时间来引发核聚变的产生，导致热等离子体反应并燃烧。反应堆本身主要是自我维持的，这意味着它可以持续加热等离子体以维持热核状态。反应堆产生的热量将加热用于旋转涡轮机和发电的冷却剂，这类似于典型的原子动力反应堆的工作原理。

有几种方法可以产生磁场，这对维持核聚变反应的进行至关重要。华盛顿大学的反应堆设计被称为球形马克·斯球形马克(一种自组织环形等离子体形式)，这意味着它可以通过向等离子体中驱动电流来产生大部分磁场。这大大减少了所需材料的数量，使研究人员能够缩小反应器的整体尺寸。

其他设计，如国际热核聚变实验堆(ITER)，一个目前正在法国建造的实验性核聚变反应堆，比华盛顿大学的设计要大得多，因为它依靠围绕在设备外部的超导线圈来提供类似的磁场。与法国的核聚变反应堆概念相比，华盛顿大学的设计成本要低得多——约为ITER的1/10——但同时产生的能量是前者的5倍。

华盛顿大学的研究人员计算了用他们的设计建造的核聚变反应堆发电厂的成本，并将其与燃煤发电厂的成本进行了比较。他们使用了一种叫做隔夜资本成本的方法，包括所有成本，尤其是初始基础设施成本。分析表明，一座核聚变发电厂需要27亿美元才能产生10亿瓦的电力，而一座燃煤发电厂需要28亿美元才能产生同样数量的电力。

“如果我们投资这种类型的核聚变，我们肯定能获得回报，因为这个商业反应堆看起来已经非常经济，这真的很令人兴奋。”现在，华盛顿大学研究小组的概念仅仅是实际产品尺寸和能量输出的1/10，所以仍有许多年的工作要做。目前，研究人员已经测试了原型有效维持等离子体的能力。随着他们不断开发和扩大设备的规模，他们可以升级到更高温度的等离子体，并获得更大的核聚变能量输出。

该研究小组已经申请了华盛顿大学商业化中心的反应堆设计概念的专利。他们计划继续开发和扩展原型。研究小组的其他成员包括物理学的凯尔·摩根；航空航天科学的埃里克·拉文、迈克尔·休斯、乔治·马克林、克里斯·汉森、布赖恩·维克托、迈克尔·普法夫和艾伦·霍斯萨克；电子工程系的布莱恩·尼尔森，前华盛顿大学的俞上川和菲利普·安德里斯特。这项研究由美国能源部资助。

桑迪亚国家实验室的z脉冲设备

美国能源部高级研究计划署(ARPA-E)正准备启动一个新项目，以支持核聚变能源替代品的研究和开发，这种替代品可以超越目前的主流项目。这个消息对政府实验室的一些核聚变研究人员来说是一个安慰。随着美国对国际热核试验反应堆(ITER)的捐款继续增加，他们的资金在本财政年度被完全切断。此外，它还将为少量私人资助的核聚变研究提供机会，这些研究旨在取代传统的托卡马克装置和激光核聚变方法。

8月11日，ARPA-E提前通知了一个名为“促进低成本等离子体加热和组装”(ALPHA)的新资金流程，以便研究人员有时间组建团队投标。该基金将于本月底或9月初正式宣布。作为能源部的一部分，ARPA-E项目通常有大约3000万美元的资金和每年300万美元的3年补贴。

进行能够产生能量的核聚变反应需要获得电离气体或等离子体，然后加热和压缩，直到达到数十亿度的高温——比太阳的核心还要热。不同类型的反应堆采用不同的方法:托卡马克装置等离子体密度低，但限制时间长；激光聚变使用极高的密度，但只有十亿分之一秒。

ALPHA将主要探索未经测试的中间区域——中等密度脉冲，时间约为一百万或千分之一秒。它还将分别关注一些“目标”(获得稳定和可控等离子体的方法)和“驱动”(将能量转移到等离子体以提高其温度和密度的系统)。

能源部以前通过“高能量密度等离子体”项目资助过这种方法。它资助了国家实验室利用电脉冲、磁场、激光和高能炸药压缩等离子体的实验。然而，ITER不断增加的成本减少了能源部通过这种方法获得的核聚变资金。去年10月1日启动的HEDP在2014财年被完全取消。“我很高兴ARPA-E选择了一种核聚变方法，它可以提供一条低成本的发展道路。”马里兰州聚变能源联合会主席斯蒂芬·迪恩说。

核反应堆是目前人类使用核能最成熟的示范技术。裂变技术已经发展到第四代。目前，各国建造的第三代核电被认为是相对先进的通用型反应堆，还有更先进的第四代反应堆。裂变技术对于人类来说，我们已经掌握了它的基本约束，实际进步也在不断推进，但这并不是核能利用的最高水平。核聚变技术被认为是核能应用的桂冠。虽然氢弹已经成功测试了很长时间，但它是一种无法控制的核聚变技术。如何限制和控制核聚变是当前核聚变研究的方向。

核聚变是宇宙中最常见的能源利用形式。在过去的50亿年里，太阳通过这种反应释放了大量的能量。

在宇宙中，恒星产生的能量来自核聚变反应。以太阳为例，每秒钟大约有6.5亿吨氢转化为氦，质量缺陷释放出巨大的能量。在过去的50亿年里，太阳通过这种反应释放了大量的能量。根据氘氚聚变方程式，我们可以从一升海水中提取大约30毫克氚，这相当于燃烧大约300升汽油。如果是兆瓦级核聚变发电站，每年只需要消耗300多千克氚，而且产生的物质是清洁的，不会对环境造成任何威胁，这与产生放射性核素的核裂变反应不同。如果核聚变技术成熟并得到广泛推广，它可以满足未来数十亿人的能源需求。

核聚变是宇宙中最常见的能源利用形式。如果人类想要突破星际空间的限制，进入星际空间，核聚变是必不可少的能源。然而，核聚变的发展非常困难，需要相对严格的要求。热核聚变产生的等离子体的温度和密度极高。如果要维持核聚变反应，就需要维持这些极高温度的等离子体。英国科学家劳森在1957年提出了劳森条件。他相信等离子体的温度可以达到1亿摄氏度，从而达到“得失相等”。因为在这样的温度下，所有参与反应的物质都会电离形成等离子体，然后带电粒子会受到强磁场的约束。

受控核聚变需要由超导线圈形成的强磁场来限制几亿摄氏度的超高温等离子体。

了解核聚变的约束条件后，工程和制造中的问题就出现了。虽然我们知道等离子体的温度非常高，但是我们对等离子体产生的湍流行为仍然没有足够的了解，并且缺乏理论模型使得我们无法预测超高温等离子体。第二，磁场约束。核聚变需要强磁场来约束等离子体，而等离子体需要大电流，这就产生了热效应。因此，只有超导能解决这个问题。在发展核聚变反应堆之前，我们还必须解决超导线圈的应用。超导将在接近绝对零度的温度下实现，然后将产生一个强磁场来限制几亿度的超高温等离子体。

这样的项目不仅需要极高的技术含量，还需要巨大的资金支持。国际热核实验反应堆自1985年开始运行，预计耗资100亿美元。目前，世界上几个著名的核聚变试验装置有望在2050年左右发展出更成熟的核聚变技术。到本世纪末，我们有望使用核聚变产生的电力。2014年，武器巨头洛克希德·马丁公司表示，它已经突破了小型核聚变反应堆的技术，预计将在未来10年内安装在军舰上，功率为100兆瓦。这向我们显示了小型核聚变反应堆将会普及的希望。

在19日于河北廊坊举行的“紧凑型核聚变技术研讨会”上，国内知名能源公司新奥集团宣布将在未来十年内开始建造一个小型核聚变实验装置。这是中国第一家宣布发展聚变能源的私营企业。

出席会议的中国国际核聚变能源项目执行中心主任罗德龙对《每日科学》表示，美国和其他国家的公司长期以来一直在开发核聚变反应堆，其中最著名的是美国通用原子能公司的DIII-D装置。也有一些小企业建立了独特的技术设备。中国的东方和国际社会共同建造的ITER实验堆都有中国企业参与制造。然而，这是中国能源公司首次开发核聚变装置，有利于吸引社会力量参与。

国家“千年计划”专家、新奥集团执行副总裁、技术委员会主席朱博士表示，新奥集团在过去10年中一直决心在清洁能源技术领域进行创新，并在煤基低碳能源和全球能源网络方面引领国际社会。小聚变是对无碳能源的颠覆性技术创新，符合能源发展趋势和社会可持续发展的要求。

核聚变装置，也被称为“人造小太阳”，可以由海水中取之不尽的氢同位素提供动力。一旦核聚变能被利用，人类将告别能源危机，但目前还无法预测何时核聚变发电厂将被商业化。世界上最大和最著名的实验装置是正在法国建造的ITER。它利用超导体的强磁场来束缚高温核燃料。

Rodlong和朱都表示，新奥正在探索紧凑型聚变装置，这与未来的EAST、和CFETR(中国聚变工程实验堆)不同。朱表示，新奥聚变装置将由分布式电源供电——不仅发电，还利用释放的热量。

据了解，小型聚变装置有许多技术方向。新奥地利将在大约两年内决定技术路线。朱说，要实现技术突破，然后进行示范工作，需要10年时间，每年要花费数亿元。为了鼓励国内外的年轻人才参与，新奥地利将设立一个小型的融合技术方案竞赛，对存在的问题提出创新和颠覆性的想法。参与者可获得1万至30万元人民币的奖励，最高可达100万元人民币。

“紧凑型聚变技术研讨会”由新奥能源研究所、中国物理学会等离子体物理分会和中国核学会核聚变与等离子体物理学会主办。

当氢同位素氖原子和大气原子的温度上升到几千万甚至几亿摄氏度时，原子核将有足够的能量来克服原子之间的排斥力，并在相互碰撞中聚合成一个更重的原子核。这是核聚变，在核聚变过程中会释放大量的能量。

因为核聚变是在非常高的温度下进行的，所以它也被称为热核反应。

太阳和恒星不断经历核聚变，这就是为什么它们会发出大量的光和热。

人类希望利用核聚变来获取能量，也就是创造人造小太阳。人类希望核聚变过程中释放的能量能够被控制，即核聚变的反应过程能够被控制，这就是所谓的受控核聚变。

受控聚变具有突出的优势:首先，它可以释放更多的能量，例如1千克氖和大气聚变产生的能量，相当于燃烧1万吨优质煤产生的能量。第二，核聚变有大量的材料，地球上储存了太多的氖，无法耗尽。海水中的一千克氖进行核聚变，释放的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。世界上的海水含有4500亿吨的大气，人类可以在数十亿甚至数百亿年内使用这些大气。第三，受控核聚变基本上不会污染环境。而且反应过程稳定，安全性高。

实现核聚变非常困难:氖、氖等。必须被加热到非常高的温度才能把它们变成“等离子体”。如果“等离子体”的密度小，温度不够高，保温时间不够长，那么释放的能量就小，甚至不能进行聚变。此外，超高温“等离子体”具有很强的向外膨胀特性，它们必须受到强磁场的限制，以防止它们接触容器壁，否则任何由任何材料制成的容器都不能承受如此高的温度，并将立即蒸发并消失。此外，如果有杂质与“等离子体”混合，温度会下降，因此需要保持清洁。

正是因为核聚变需要如此恶劣的条件，科学家们经过几十年的艰苦研究，取得了可喜的进展。

1984年，在新泽西州普林斯顿等离子体物理研究所进行的核聚变反应堆实验中，温度达到7000万摄氏度，限制时间达到所需值的1/3。这在当时是一项伟大的成就。

中国最大的受控核聚变试验装置是“中国第一循环器”，于1984年9月建成并成功启动。

为了实现约束，各国相继开发了磁约束装置，如苏联科学家研究的“托卡马克”，在许多国家得到应用。

1991年11月9日，一个由14个欧洲国家组成的联合实验室成功地实现了核聚变发电，在近2秒钟内输出近2兆瓦，温度为2亿摄氏度。虽然输出能量小于输入能量，但它是核聚变史上的一个里程碑，给人类带来了新的希望。

由欧洲国家、美国、俄罗斯、日本和其他国家数亿美元资助的首个国际核聚变实验堆预计将于2008年建成。

商用核聚变反应堆预计将在25年内准备就绪。

科学家们估计，建造一座可控核聚变发电站需要大约30年的时间，核聚变发电将在21世纪实现。

核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子；核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子。前者释放的能量更大，常用的聚变一般是指氘和氚聚变成氦的过程,常用的裂变有铀、钚等的裂变。

核聚变和核裂变的区别如下：

从概念来看：核聚变指的是由质量小的原子,在一定条件下,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，而核裂变是指由重的原子核分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。

从起源来看：核聚变起源于澳洲，由澳洲科学家马克·欧力峰所发现，而核裂变起源于德国，由德国的迈特纳和哈恩研究发现。

就当前的应用来看，常用的聚变一般是指氘和氚聚变成氦的过程,常用的裂变有铀,钚等的裂变。

从控制的角度来看：裂变容易控制和引发，只需控制中子流的密度,而聚变不容易控制，需要上亿度的高温,但聚变却是在宇宙中最常见的核反应。

从环境的角度来看：裂变更加污染环境，而聚变相比较就要好很多。

无论是从控制还是环境的角度来区分，这都不能说明是这两类反应的本质区别，只是不同原料和方式的区别，换一种原料和方式，就是同一类反应也是会有区别的。

裂即分裂，是一个变多个。聚即聚集，是多个变一个。核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子。核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子。

首先从控制的角度讲，它们的区别是，裂变容易控制和引发;聚变不容易控制，需要上亿度的高温。其次从环境的角度来讲，裂变更加污染环境，而聚变相比较就要好很多。此外核聚变产生的能量比核裂变更巨大，且不用担心核辐射，是真正的取之不尽用之不竭的清洁能源。

核裂变主要原料在地球上含量极少;而核聚变的原料就很多，仅利用海水就能满足人类100亿年能源需求。

核电站是核裂变。因为核聚变释放出来的能量要比核裂变释放的能量大得多，也更加危险。核聚变是由几个原子核聚合成一个原子核的过程，核裂变是由一个原子核分裂成几个原子核的过程。

什么是核裂变

核裂变是一些质量非常大的原子核，比如：铀、钍等才能发生核裂变，它是一个原子核分裂成几个原子核的过程。通常这些原子的原子核在吸收一个中子后就会分裂成两个或多个质量较小的原子核，并释放出两到三个中子和很大的能量。分裂出来的原子核还可以让别的原子核接着发生核裂变，并持续整个过程，所以这种过程就叫做链式反应。

原子核在发生核裂变时，释放出的能量称为原子核能，也就是原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹，它利用的是核聚变来发挥作用的。

什么是核聚变

核聚变是几个原子核聚合成一个原子核的过程，通常只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如：氢的同位素氘、氚等。核聚变释放出来的能量是非常大的，要比核裂变释放的能量大得多。在太阳内部就连续进行着氢聚变成氦过程，其光和热都是由核聚变产生的。

首座受控核聚变实验装置旧址为四川省文物保护单位。

中华民族历来追求和睦、爱好和平、倡导和谐，“亲仁善邻”“协和万邦”，数千年文明史造就了独树一帜的“和”文化。广大军工人从新中国成立伊始就用实际行动践行着“蕴涵着天人合一的宇宙观、协和万邦的国际观、和而不同的社会观、人心和善的道德观”。

首座受控核聚变实验装置旧址，亲历了中国人在筚路蓝缕的创业初期，聚焦解决未来人类能源问题的决心和毅力。旧址位于四川省乐山市市中区，是1971年开工建设的三线军工单位。1984年旧址上建成了“中国环流器一号”实验装置，一共先后建成了19个其他核聚变实验装置，如中国第一个仿星器装置、第一个磁镜装置、第一个角向装置和第一个反场箍缩环形实验装置等。首座受控核聚变实验装置是中国最早、当时亚洲最大的开展受控核聚变研究的实验基地，她开创了我国核聚变时代。中国环流器一号实验装置是完全由中国人自主研发制造的实验装置，科学家通过它共取得了5000多项科技成果。中国环流器一号实验装置是中国第一个跟国际主流接轨的受控核聚变装置。首座受控核聚变实验装置旧址是我国参与国际核聚变研究与交流的重要见证，也是我国受控核聚变研究的发源地。通过它的设计、建设和运行，产生了多项国际、国内先进科学技术，为构建人类命运共同体贡献了军工智慧、中国方案。

2019年10月7日，首座受控核聚变实验装置旧址入选第八批全国重点文物保护单位名单。

“核聚变”的魅力何在?

在全球传统能源日渐紧缺的形势下，人类一直都在探索新型能源的开发和使用，包括太阳能、风能、地质能、生物能、核能等，本文的主角——“核聚变”，是产生核能的一种方式，也是迄今为止，最高级也最难以“驾驭”的能源来源。

核能也叫原子能，通过核裂变、核聚变和核衰变三种形式释放能量，除了核衰变是自然状态下缓慢发生，裂变和聚变的核反应形式都异常激烈。

众所周知，新中国最伟大的科技成就，就是成功试爆了原子弹和氢弹。原子弹应用的就是核裂变原理;比原子弹威力更大的氢弹，则利用核聚变来发挥作用。

核聚变比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行氢核聚变过程，它的光和热就是由核聚变产生的。相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式，也是备受青睐和追捧的重要原因。

国际热核聚变实验堆计划，简称“ITER计划”，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。该计划倡议于1985年，工程设计于2001年完成，此后经5年谈判，包括中国在内的七个国家于2006年正式签署联合实施协定，正式启动历时将达35年的ITER计划，2013年6月，主装置“托卡马克”综合体建设工作在法国开始，ITER项目正进入全面建设阶段。

ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。

人类还不能“控制”它!

核裂变原子能除了被用作战争武器，更多的是被人类和平利用，如建造核电站发电等，但利用聚变能可没那么容易。

到目前为止，虽然人类已经可以实现不可控核聚变，如氢弹爆炸，但要想有效利用它，必须能“控制”核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。这也成为人类掌握聚变核能源道路上的最大掣肘。

用什么才能“控制”住核聚变反应?通俗地说，能点燃燃料，能约束聚变，能输出能量。问题来了——点火需要瞬间超高温度和压力(想想太阳内部热核反应的条件)，约束聚变的“容器”只能用激光惯性约束和磁场约束(任何地球物质做的容器都承受不住超高温高压)。

激光点火时间必须控制在十亿分之一秒，才能引起燃料内爆压缩产生聚变能量。2013年9月，美国核聚变国家点火装置(NIF)宣布，首次实现燃料靶点输出能量超出输入能量。中国的“神光”高功率激光打靶装置，使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究和建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。

基于磁约束的ITER计划被寄予厚望，该“人造太阳”工程的核心装置叫做“托卡马克”(TOKAMAK)，名字来源于环形、真空室、磁、线圈的英文，由前苏联科学家阿齐莫维齐等人在上世纪50年代发明。装置中央是个环形真空室，外面缠绕着线圈。通电时，内部会产生巨大螺旋型磁场，将等离子体加热到超高温度，以促成核聚变。中国科学院等离子体物理研究所的EAST托克马克，近年来取得了很高的成就。本文的新闻主角也都是使用这种约束方式。

遭“质疑”且行且珍惜

从理论上来讲，磁约束核聚变的工作原理已经清楚了，从实际操作来看，要想真正获取核聚变能，还面临大量物理和工程难题。

而洛克希德·马丁公司宣布，设计的磁约束密集型核聚变装置，要想把尺寸控制在能放在一辆卡车上的大小(7×10英尺)，且宣称在五年内造出原型，恐怕并非说起来那么简单。即便是积累了几十年的能源研究经验，即便是希望用来替换军舰和飞机上的核裂变反应堆，该公司宣称的这种方案，在业界看来还仅仅停留在“纸上谈兵”阶段。

据华盛顿邮报报道，可再生能源和气候策略研究院院长乔·吉尔默说：“当然，我非常希望核聚变作为世界能源大家族的一员尽快发挥作用，但是，这个宣告距离原型的诞生还有很长的路程，更别说建造成稳定的商业化能源提供设备了。”

墨尔本大学未来能源研究团队首席科学家罗杰·达格威利则说：“核聚变要求非常高的温度和压力，这是最关键的挑战，很多科学家都已经在这上面奋斗了很长时间，所以听到这种消息，我还不会太兴奋。”

另据报道，同样在上周，华盛顿大学的工程师们也在俄罗斯彼得堡国际原子能机构的聚变能学术会议上宣称，其设计的概念核聚变反应器，如果扩展到大型电厂规模时，其经济成本将低于产生同样电量的燃煤电厂的成本。