樹洞37835606
核聚變產生的能源能否高於它的消耗？
我們所熟悉的可控核聚變實現方式有兩種，一種是國際熱核聚變裝置ITER支持的磁約束核聚變，另一種是各國自行研究方向的慣性約束核聚變！兩種從原理上來看有很大的區別，但都需要輸入大量的能量作為可控核聚變的基礎都是完全一致的！
上圖是磁約束核聚變裝置的動態示意圖，當然事實上的核聚變堆也許並不是這種方式運行的，但表現原理並無問題，它存在幾個非常關鍵的結構：
1.約束控制與加熱超高溫等離子體的磁場，即D行空腔的第二層內壁！
2.燃料的等離子體的注入，動圖中在內壁側面注入！
3.內壁兼熱交換結構，將核聚變產生的超高溫從聚變堆內部帶走轉換髮電並保持內壁適合溫度
4.核聚變堆灰燼排出結構！
磁約束可控核聚變裝置實現有兩種，一種是託卡馬克結構，另一種是仿星器結構，兩種都是現代可控核聚變的重要研究方向！
託卡馬克可控核聚變裝置內部，這種結構最早是前蘇聯庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等在上世紀50年代發明的，託卡馬克的核心裝置是環形真空室，外壁纏繞超導線圈，通電後會產生螺旋形磁場，完成等離子的加熱以及控制約束的目的！
另一種則是仿星器，仿星器最早是由美國理論物理學家、天文學家李曼斯·皮策(Lyman Spitzer)在上世界50年代發明並建成，其實兩種磁約束的經典結構最早時間都差不多！但兩者真空室結構不一樣，它的規模要比託卡馬克要小一些！但託卡馬克在等離子體磁場建立過程中可以調整磁場以約束磁場而仿星器則完全依靠安裝精度！而且仿星器的磁場扭曲結構並非軸對稱，因此仿星器的等離子體約束難度要比託卡馬克難得多！
儘管仿星器與託卡馬克都有一大票支持者，當然託卡馬克裝置更是有ITER的支持！不過無論哪家都沒有一家在這個可控核聚變的道路走到商業化的程度，其原因不外乎等離子體的溫度不夠高，約束的時間不夠久，商業化的門檻大約是一億度，1000S，我們現在走得最遠的大概溫度實現了一半，時間則在1/10-1/5左右，儘管最近以來的進展比較快，但仍然有很遠的路要走！
還有一種與磁約束完全不同的結構則是慣性約束核聚變裝置，這種理解起來比較簡單，用幾十到束激光轟擊中央的燃料靶，高溫高壓以達到核聚變的目的！
與各位理解的不一樣激光束並不是直接加熱燃料的，而是採用一種山圖的間接的方式，不過到現在為止慣性約束遇到的難題並不比磁約束小，一是數十束超高能激光束的激光裝置，另一個燃料加熱後的外層等離子體影響進一步加熱，似乎有一種走入死衚衕的感覺！
在合肥的中國託卡馬克可控核聚變實驗裝置東方超環，當然也有執行中國慣性約束研究神光一號二號，我們的進度在磁約束方面甚至還部分領先全球，不過在慣性約束上並無更多的資料披露，我們難以瞭解進度如何！
當前在可控核聚變領域做到輸出大於輸入並沒有多大的問題，但並不是說輸出大於輸入即可商業化，因為巨大的建設與運行成本並不是那麼一點點盈餘即可應付的，而且不穩定的運行成本則更高，我們要求的穩態的長時間高回報的能量輸出！但似乎看起來永遠都差那麼五十年，不過根據最近的進展來看，還真有可能在最後這個五十年內實現，各位少安毋躁！
星辰大海路上的種花家
核聚變反應是宇宙中最普遍的能量釋放方式，所有的恆星都是用這種方式釋放這光和熱。
圖：太陽
恆星之所以能夠發生核聚變反應，主要是它巨大的質量提供了極高的壓力和溫度。由於巨大的壓力，在太陽核心處氫的密度達到了每立方厘米150克（鐵的密度大約是每立方厘米7.85克），溫度達到了約1400萬度。低於太陽質量7%的天體就無法提供氫發生核聚變反應的條件。
目前，人類已經制造出來的核聚變反應裝置就是氫彈。氫彈是利用一顆原子彈提供高溫和高壓使氘和氚（兩者都是氫的同位素）發生核聚變，從而釋放出巨大的能量。沙皇氫彈是人類製造的威力最大的爆炸裝置，其當量達到了5000萬噸TNT炸藥。
圖：氫彈結構示意圖
圖：飛機拍攝的沙皇氫彈爆炸
氫的核聚變反應能夠將大約0.7%的質量轉換成能量，根據愛因斯坦的質能公式：E＝mc²，這會釋放出巨大的能量。但反應條件對於人類來說是非常苛刻的。由於在可控核聚變反應中，我們無法提供如同太陽內部一樣巨大的壓力，所以只有提供更高的溫度使其發生反應，這個溫度至少是上億度。
如此高的溫度使得沒有什麼容器可以將反應中的氘和氚容納下來，目前最耐熱的材料不過才能低於區區4000多度的溫度。所以，科學家們想了一些辦法，一是慣性約束核聚變；二是磁約束核聚變，即：利用磁場將這些熱等離子體托起來，懸浮在空中，這個裝置就是託卡馬克裝置。
圖：
託卡馬克裝置示意圖
提供核聚變反應的條件是需要消耗大量的能源的，只有輸出的能量大於提供的能量，可控核聚變才能算成功。根據2014年2月的《自然》雜誌的報道，美國能源部下屬的實驗室已經確認了實驗中的核聚變反應堆輸出的能量已大於輸入能量，這是一個重大的進展。
目前正在法國建設的國際熱核聚變實驗反應堆，是最大的託卡馬克反應堆。這是一個有35個國家參與的國際合作項目，中國也參與其中。
圖：各國所承擔的份額
該裝置設計輸出輸入能量比為10（10倍於輸入能量）。預計2025年進行等離子體實驗，2035年開始進行全氘 - 氚聚變實驗，但進度落後於預期。
圖：
國際熱核聚變實驗反應堆示意圖
可控核聚變是人類可持續性發展的未來，所以，它必須成功。它在理論上也沒有任何問題，這只是一個工程上的難題，相信這些難題都能夠得到解決。
講科學堂
核聚變產生的能量不可能高於它吸收的能量。現在發明的氫彈，其實仍然是核裂變反應，而不是核聚變反應。核聚變與核裂變是相反的兩個反應過程，核聚變是凝聚能量，並釋放少許結合能作費用，幾乎所有天體都不同程度地做著核聚變反應。核裂變是破壞本體作出犧牲而大量釋放能量，其反應瞬間爆破。人類研究核聚變反應，是為了取法太陽的核聚變反應而產生大量的光和熱。我們先要弄清太陽是如何進行核聚變反應的。
太陽質量和內能巨大，它的吸引力也巨大。它憑著巨大的引力吸收外太空的暗能量。能量進行其體內，旋轉運動產生高溫高壓，本有的原子在擠壓中合併凝縮，就是把能量壓縮到最小的體積，只迸發出少許光能和熱量，大部分能量貯在到更小空間裡，這也是微粒子內能巨大的原因。所以，核聚變過程就是把從外太空吸取的能量合併凝縮的過程。發出光和熱只是和緩地釋放少許能量，而不是劇烈的爆炸。太陽憑核聚變而積蓄能量，成長壯大。而不是象燒煤炭一樣逐漸燈枯油盡。外太空的暗能量是太陽巨大的能源。太陽吸收能量和釋放少許能量都是舒緩進行的，不是猛烈的瞬間爆炸。
兩個原子合併成一個原子，不要簡單地以為這顆新原子內含能量只是原先兩原子能量的迭加，並釋放一部分能量。事實是，新原子的能量要比原先兩原子能量高許多倍，這就需要外來能量的大量補充，並耗費一部分能量釋放出去。
人類急功近利想瞬間取出核子的能量，核子無法瞬間吸收外圍更多暗能量補充。所以，我鄭重宣告，人類進行的核聚變研究會勞而無功，拭目以待吧！
獨一幽靈
熱核聚變的一個最重要的指標就是能耗比，只有能耗比超越了得失相當時，熱核聚變才有經濟價值，然而現在距得失相當還十分遙遠。所以熱核聚變用於商業發電，還無可能。
