從核裂變到可控核聚變，幾字之差卻是巨大鴻溝

從19世紀末湯姆遜發現電子以來，人類逐步揭開微觀原子世界的奧秘。此後隨著各種放射元素的發現以及愛因斯坦著名質能方程的提出，為最終人類實現核能的應用奠定了可靠的科學基礎。1942年世界第一座核反應堆在美國誕生，隨後人類就加速了核能的應用程序，不過可惜的是首先應用於戰爭與武器，這就是美國在日本投下兩顆迄今唯一用於實戰的原子彈，隨後才是1954年世界第一座商用核電站在前蘇聯建成。

核能有三種形式，分別是核裂變、核聚變和核衰變，其中能為人類提供大量能量的是裂變能和聚變能。根據愛因斯坦的質能方程，只要核反應前後有質量上的衰減，就會釋放巨大的能量，核裂變是較重的原子核分裂之後出現質量損失而產生能量，而核聚變則相反，是較為輕的原子核聚合在一起而產生質量衰減，兩者一分一合，只是反應方式不同。

其中較容易實現的是核裂變，而核聚變就比較困難了，因此利用裂變能的核武器原子彈問世要早於利用聚變能的氫彈。然而一般來說核聚變產生的能量比之核裂變更為強大，理論上從質能轉換率來看，核聚變為0。7%，而核裂變為0。13%，僅為聚變的四分之一左右。

然而更重要的是核聚變的原料可以從海水中提取，取之不竭用之不盡，而常見的核裂變反應原料鈾235儲量稀少，另外核聚變幾乎不會產生放射性的汙染物，清潔安全也是核裂變反應難以比的。這是多麼令人類神往的完美能源，要知道我們頭頂的太陽就是靠著核聚變反應維持的。所以如何利用核聚變為人工提供無窮無盡的能源，成為人類自發明火（化學能）、電（電能）後實現下一次文明飛躍的關鍵所在了。

那為什麼核聚變能的穩定獲取比之核裂變要難得多？其實氫彈也是運用，但那是破壞性的，不能持續為人類文明生存發展提供能源，就姑且不說了。最主要的原因還是兩種反應所依據的核物理規律不同。核裂變的原子核質量較大，而且本身不穩定，所以只要常溫常壓的環境就能實現裂變反應，而核聚變反應則不同，要克服原子核之間巨大的靜電排斥力，沒有足夠的能量或特殊環境，去擊破這排斥力的臨界點，就無法把原子核融合在一起，從而釋放巨大能量。

所以問題關鍵就到了如何為核聚變創造特殊的高壓高溫環境。以大自然最常見的核聚變反應——太陽來說，巨大的質量使其內部形成達2000億個大氣壓的超高壓力，再加上1500萬度的溫度，就可以把氫原子聚變成氦原子。可是換成人類在地球上來實現這個過程的話，由於這個超高壓條件完全無法達到，就只能在高溫上下功夫了，所以需要把溫度提高到上億度才行。

好在現在人類用於可控核聚變研究的實驗裝置，可以實現超高溫度和高壓環境，比如國際合作的ITER專案和中國的EAST東方超環裝置。那麼實現核聚變的前提條件得到滿足了，是否意味著後續聚變能就能順利為人類所用呢？這裡牽扯到問題不僅僅是工程技術上，還有一個商業產出的問題。

實際上，現在的實驗裝置已經算實現了“可控”核聚變，比如合肥的EAST托克馬克就在國際上首次實現溫度達到5000萬度持續100秒以上的放電。然而核聚變過程可控是一回事，而商業利用聚變能又是更高一層的要求。所以必須要按照科學家的精確語言來描述，必須是輸出能量大於輸入能量，這個比例稱為Q值，自然是越大越好，成本花費越少，獲得能量越多，這筆買賣才是划算的。因為真正有用的可控核聚變必須要考慮投入產出比。

不幸的是，目前各國的核聚變實驗裝置，它們的投入產出比即能量Q值，基本上還在0的水平，並不產生能量，只是做做基礎研究，個別裝置能產生些許能量，但是遠小於輸入的能量，Q還是在0和1之間徘徊，因此人類追求人造太陽的夢想之路是任重道遠的。

不過，有夢想總比做鹹魚好，要知道核聚變可是恆星的能量源，這算是造物主最高的奧秘之一了，人類能夠窺視並且一步步接近，已經很是逆天了，再加上如今科學技術的快速發展以及能源危機的逼迫，人類很有希望實現這一文明發展的新的里程碑。