可控核聚变难点在哪里?为什么要实现呢

可控核聚变是指人们可以控制核聚变的开启和停止，以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制。或者说，最简单地比喻就是，同样是可燃烧物质，火药可以用来做成炸弹，因为只是利用其高能量瞬间爆发的破坏性；同时也可以掺点杂质，做成蜂窝煤，使其可以当做一个煤炉子来缓慢释放能量，想让它烧就烧，想让它灭就灭，秘诀就在蜂窝煤炉子的炉门上。将这个蜂窝煤炉子的燃料换成核燃料，烧上开水，让开水变成蒸汽去推动轮机发电，就成了一个当今的核电站的基本原理雏形了。

相比可控核裂变来讲，可控核聚变的优势在于：

原料易得，核聚变的原料是重水，可以直接从海水中提炼，并且地球中储量极大。

核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染，亦不会造成核泄漏的危害。

那么将这个煤炉子里的燃料从核燃料换成核聚变的原料的最大的麻烦在哪里？

就在于其反应条件。核裂变需要的反应条件很弱，天然的铀矿在常温的自然条件下就可以发生衰变。但是相比于核裂变过程来讲，核聚变最麻烦的反应条件就是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应。而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时，对于该问题给出了以下解决方案：用核弹引爆氢弹！即通过核弹引爆得到达到核聚变反应的温度，从而引起核聚变使得氢弹爆炸。因此氢弹内部是有一个小型核弹的。

这样的话，研究可控核聚变的最关键问题现在已经很明显了，即：

怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度？（怎么点燃炉子里面的燃料？）

将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它？（怎么让燃料不把炉子烧穿了？）

首先来说第1个问题，关于如何加热的方法，从上世纪60年代开始，激光器的发明，为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料，因为该方法能量大，而且无需与被加热物质接触，简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低，所以为了解决这样的问题，需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单，实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内，被加热物体的所有方向受热均匀，一致向球心坍缩（简单理解就是将被加热物质想象成一个足球，如果想要挤压足球内部的空气，最好的方法就是从四面八方一起用力，使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲，则足球会变形，足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣）。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确，也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的，其「国家点火装置」目前正在实验将192个激光器聚焦于同一点。而我国的「神光三号」项目目前则正在试验将32个激光器聚焦，下一步目标是48个。

我国研发的神光3号惯性约束核聚变激光驱动装置

现在再来讨论第2个问题，我们拿什么来盛放这些物质。上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西，那么就算能将这些反应燃料点燃，又能拿什么来盛放它？「超导托卡马克」装置的研制就是为了实现能将上亿度的物质存放于其中的目的。具体的基本原理在高中物理课本就有提到，是通过将这些物质约束在一个密闭的环中使其高速旋转，来将其固定在一个密闭的空间中，从而实现了变相的盛放。如果感兴趣的话网上关于该装置的资料也有很多。

我国自主研发EAST超导托卡马克实验装置结构示意图 （来源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%88%E8%BF%9B%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%89%98%E5%8D%A1%E9%A9%AC%E5%85%8B%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E8%A3%85%E7%BD%AE）

如果这两个问题能够得以解决，则其他问题大体可以迎刃而解——但是目前还有一个更加严重的问题，那就是这两种分别针对两个难点的方案，完全没有办法使其结合起来！由于神光三号属于惯性约束过程，需要聚变物质静止于指定的标靶位置等待加热，点燃，而超导托卡马克装置则属于磁约束过程，如果聚变物质静止下来，则无法在磁场中受到相应的洛伦兹力等作用从而被约束在一个指定的密闭空间当中。所以这两种方案只能在对一个问题的解决占有极大优势的情况下想办法去解决另一问题。

就目前来看，更加现实的研究方法是想办法在超导托卡马克系统当中，加热其中的等离子体，从而压缩核燃料的密度，提高其温度，从而引发核聚变。而在目前的实验条件下，能够一直维持这样高温高压状态的持续时间，甚至还不足以引起核聚变。

另一方面，神光三号对于如何防止燃料烧穿的研究则更显得没有诚意。目前的方案是在极短时间内将上百个激光头的能量全部打到一个极小的，装有核燃料的标靶上，制造一次极小的核聚变，从而在瞬间将该核聚变过程完成，并释放大量能量。等效于通过一次又一次，制造极小的微型氢弹爆炸，在爆炸威力不会对仪器产生太大影响的前提下，来释放出标靶内核燃料的能量。但即使是这样，目前来看还没有什么办法能在如此短的时间内充分吸收如此多的能量——当然了，由于目前连「将多颗激光器聚焦于同一点」这一看似更简单的问题都还未得到攻克，现在这个看似更大的问题也还没有看到相应的进展。

最后，包括《钢铁侠》在内，还是有科学家相信，对于核聚变来说极高的温度并非是必要的反应条件。

如果真的存在不需要上亿度的高温即可制造核聚变的过程的话，以上这些讨论就都不再有意义，那时核聚变发电就如同今日的核裂变发电一样简单，甚至要比当今的核电站更加普及，更加受欢迎。因此，关于「冷核聚变」，一批又一批的人向其发起挑战，试图证明其真实的存在。虽然到目前为止，还没有任何证据表明即使是在更低的温度下，核聚变过程依然可以发生，可面对巨大的利益诱惑，近几十年来还是不断在有人宣称自己的研究小组实现了 「冷核聚变」——只是最终都被证明是骗局罢了。

P.S. 对于此问题本人属于半个门外汉，所以如果有问题请及时在评论中指出，我会做相应的订正。非常感谢远山兄（@刘远山）热心地帮我找到了一些资料，对我帮助很大，也希望大家能够提出更多的意见，让这个答案对更多的人能有所帮助。

什么是核聚变？用最通俗的语言就是指；较轻的原子之间发生融合反应，生成较重的原子；这个融合过程中有会有大量的电子、中子溢出，释放出原子内蕴藏的能量。（核裂变顾名思义，是原子发生分裂反应）。人类发现，最易发生融合反应的轻原子是氘氚，在海水中取之不尽，这就给了人类无限遐想。要实现核聚变，需要上亿度高温环境，人类已成功实践，这就是利用原子弹（核裂变）爆炸产生这样的高温，从而瞬间引爆氢弹，实现了（不可控）核聚变。核裂变已可控，这就是今天的原子能发电站。核聚变要可控，有两大难题；一是用什么办法产生高温，使轻原子融合（聚变）反应能够发生，而且像扭钥匙发动汽车一样，人要它开始就开始，要停就停；二是在什么设备装置内进行这种原子融合反应？人类已知的材料扛不住这样的高温！……现在的尝试是人工制造磁场，让反应在磁力“篮子”中进行。