树洞37835606
核聚变产生的能源能否高于它的消耗？
我们所熟悉的可控核聚变实现方式有两种，一种是国际热核聚变装置ITER支持的磁约束核聚变，另一种是各国自行研究方向的惯性约束核聚变！两种从原理上来看有很大的区别，但都需要输入大量的能量作为可控核聚变的基础都是完全一致的！
上图是磁约束核聚变装置的动态示意图，当然事实上的核聚变堆也许并不是这种方式运行的，但表现原理并无问题，它存在几个非常关键的结构：
1.约束控制与加热超高温等离子体的磁场，即D行空腔的第二层内壁！
2.燃料的等离子体的注入，动图中在内壁侧面注入！
3.内壁兼热交换结构，将核聚变产生的超高温从聚变堆内部带走转换发电并保持内壁适合温度
4.核聚变堆灰烬排出结构！
磁约束可控核聚变装置实现有两种，一种是托卡马克结构，另一种是仿星器结构，两种都是现代可控核聚变的重要研究方向！
托卡马克可控核聚变装置内部，这种结构最早是前苏联库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等在上世纪50年代发明的，托卡马克的核心装置是环形真空室，外壁缠绕超导线圈，通电后会产生螺旋形磁场，完成等离子的加热以及控制约束的目的！
另一种则是仿星器，仿星器最早是由美国理论物理学家、天文学家李曼斯·皮策(Lyman Spitzer)在上世界50年代发明并建成，其实两种磁约束的经典结构最早时间都差不多！但两者真空室结构不一样，它的规模要比托卡马克要小一些！但托卡马克在等离子体磁场建立过程中可以调整磁场以约束磁场而仿星器则完全依靠安装精度！而且仿星器的磁场扭曲结构并非轴对称，因此仿星器的等离子体约束难度要比托卡马克难得多！
尽管仿星器与托卡马克都有一大票支持者，当然托卡马克装置更是有ITER的支持！不过无论哪家都没有一家在这个可控核聚变的道路走到商业化的程度，其原因不外乎等离子体的温度不够高，约束的时间不够久，商业化的门槛大约是一亿度，1000S，我们现在走得最远的大概温度实现了一半，时间则在1/10-1/5左右，尽管最近以来的进展比较快，但仍然有很远的路要走！
还有一种与磁约束完全不同的结构则是惯性约束核聚变装置，这种理解起来比较简单，用几十到束激光轰击中央的燃料靶，高温高压以达到核聚变的目的！
与各位理解的不一样激光束并不是直接加热燃料的，而是采用一种山图的间接的方式，不过到现在为止惯性约束遇到的难题并不比磁约束小，一是数十束超高能激光束的激光装置，另一个燃料加热后的外层等离子体影响进一步加热，似乎有一种走入死胡同的感觉！
在合肥的中国托卡马克可控核聚变实验装置东方超环，当然也有执行中国惯性约束研究神光一号二号，我们的进度在磁约束方面甚至还部分领先全球，不过在惯性约束上并无更多的资料披露，我们难以了解进度如何！
当前在可控核聚变领域做到输出大于输入并没有多大的问题，但并不是说输出大于输入即可商业化，因为巨大的建设与运行成本并不是那么一点点盈余即可应付的，而且不稳定的运行成本则更高，我们要求的稳态的长时间高回报的能量输出！但似乎看起来永远都差那么五十年，不过根据最近的进展来看，还真有可能在最后这个五十年内实现，各位少安毋躁！
星辰大海路上的种花家
核聚变反应是宇宙中最普遍的能量释放方式，所有的恒星都是用这种方式释放这光和热。
图：太阳
恒星之所以能够发生核聚变反应，主要是它巨大的质量提供了极高的压力和温度。由于巨大的压力，在太阳核心处氢的密度达到了每立方厘米150克（铁的密度大约是每立方厘米7.85克），温度达到了约1400万度。低于太阳质量7%的天体就无法提供氢发生核聚变反应的条件。
目前，人类已经制造出来的核聚变反应装置就是氢弹。氢弹是利用一颗原子弹提供高温和高压使氘和氚（两者都是氢的同位素）发生核聚变，从而释放出巨大的能量。沙皇氢弹是人类制造的威力最大的爆炸装置，其当量达到了5000万吨TNT炸药。
图：氢弹结构示意图
图：飞机拍摄的沙皇氢弹爆炸
氢的核聚变反应能够将大约0.7%的质量转换成能量，根据爱因斯坦的质能公式：E＝mc²，这会释放出巨大的能量。但反应条件对于人类来说是非常苛刻的。由于在可控核聚变反应中，我们无法提供如同太阳内部一样巨大的压力，所以只有提供更高的温度使其发生反应，这个温度至少是上亿度。
如此高的温度使得没有什么容器可以将反应中的氘和氚容纳下来，目前最耐热的材料不过才能低于区区4000多度的温度。所以，科学家们想了一些办法，一是惯性约束核聚变；二是磁约束核聚变，即：利用磁场将这些热等离子体托起来，悬浮在空中，这个装置就是托卡马克装置。
图：
托卡马克装置示意图
提供核聚变反应的条件是需要消耗大量的能源的，只有输出的能量大于提供的能量，可控核聚变才能算成功。根据2014年2月的《自然》杂志的报道，美国能源部下属的实验室已经确认了实验中的核聚变反应堆输出的能量已大于输入能量，这是一个重大的进展。
目前正在法国建设的国际热核聚变实验反应堆，是最大的托卡马克反应堆。这是一个有35个国家参与的国际合作项目，中国也参与其中。
图：各国所承担的份额
该装置设计输出输入能量比为10（10倍于输入能量）。预计2025年进行等离子体实验，2035年开始进行全氘 - 氚聚变实验，但进度落后于预期。
图：
国际热核聚变实验反应堆示意图
可控核聚变是人类可持续性发展的未来，所以，它必须成功。它在理论上也没有任何问题，这只是一个工程上的难题，相信这些难题都能够得到解决。
讲科学堂
核聚变产生的能量不可能高于它吸收的能量。现在发明的氢弹，其实仍然是核裂变反应，而不是核聚变反应。核聚变与核裂变是相反的两个反应过程，核聚变是凝聚能量，并释放少许结合能作费用，几乎所有天体都不同程度地做着核聚变反应。核裂变是破坏本体作出牺牲而大量释放能量，其反应瞬间爆破。人类研究核聚变反应，是为了取法太阳的核聚变反应而产生大量的光和热。我们先要弄清太阳是如何进行核聚变反应的。
太阳质量和内能巨大，它的吸引力也巨大。它凭着巨大的引力吸收外太空的暗能量。能量进行其体内，旋转运动产生高温高压，本有的原子在挤压中合并凝缩，就是把能量压缩到最小的体积，只迸发出少许光能和热量，大部分能量贮在到更小空间里，这也是微粒子内能巨大的原因。所以，核聚变过程就是把从外太空吸取的能量合并凝缩的过程。发出光和热只是和缓地释放少许能量，而不是剧烈的爆炸。太阳凭核聚变而积蓄能量，成长壮大。而不是象烧煤炭一样逐渐灯枯油尽。外太空的暗能量是太阳巨大的能源。太阳吸收能量和释放少许能量都是舒缓进行的，不是猛烈的瞬间爆炸。
两个原子合并成一个原子，不要简单地以为这颗新原子内含能量只是原先两原子能量的迭加，并释放一部分能量。事实是，新原子的能量要比原先两原子能量高许多倍，这就需要外来能量的大量补充，并耗费一部分能量释放出去。
人类急功近利想瞬间取出核子的能量，核子无法瞬间吸收外围更多暗能量补充。所以，我郑重宣告，人类进行的核聚变研究会劳而无功，拭目以待吧！
独一幽灵
热核聚变的一个最重要的指标就是能耗比，只有能耗比超越了得失相当时，热核聚变才有经济价值，然而现在距得失相当还十分遥远。所以热核聚变用于商业发电，还无可能。
