nnica核聚变与核裂变的比较
核聚变与核裂变的共同点在于，两者都从原子核内部储存的能量中提取能量，但反应的方向、燃料以及安全性的本质却截然不同。本页将把两者并列比较，从直觉到研究前沿逐步理解，为什么核聚变被寄予”下一代能源”的厚望。
先建立直觉（高中水平）
Section titled “先建立直觉（高中水平）”原子核是由质子和中子紧紧聚集在一起构成的。这种”聚集方式的稳定程度”因原子核的种类而不同，处在中间附近、恰好在铁附近的原子核最为稳定。
我们可以把它想象成一个山坡。谷底是铁，两侧都是斜坡。左侧斜坡上是氢、氦这样的轻原子核，右侧斜坡上是铀这样的重原子核。无论哪一侧的原子核，只要沿着坡滚向谷底的铁靠近，就会把多余的能量释放到外部。
核聚变是把左侧斜坡上的轻原子核彼此结合，变成稍重一些的原子核，从而靠近谷底的反应。太阳由氢生成氦而发光，正是这种反应。核裂变则是把右侧斜坡上的重原子核分裂成两个中等大小的原子核，从而靠近谷底的反应。核电站使用的正是这一种。
同样是”朝着稳定方向移动”，只要记住从轻的一侧往上爬是核聚变、从重的一侧往下走是核裂变，就不会混淆了。
安全性的形象也形成鲜明对比。核裂变中，一次反应飞出的中子会打裂下一个原子核，后者又打裂再下一个，通过这样的链式反应持续释放能量。反应像多米诺骨牌一样自行延续下去，因此必须时刻保持能够停止它的机制。而核聚变则必须强行维持超高温等离子体这种特殊状态，反应才能持续。它就像一松手火就会熄灭的燃气灶，只要装置发生紊乱，反应就会自行停止。
用物理来理解（本科水平）
Section titled “用物理来理解（本科水平）”比较的出发点是每个核子的结合能曲线（binding energy per nucleon）。横轴取质量数 ，纵轴取每核子结合能 ，就会得到一条在铁附近（）具有约 MeV 最大值的山形曲线。这个 越大，原子核越稳定。
无论是把轻核彼此融合，还是把重核分裂，只要反应前后 增大，其差值就会作为能量被释放出来。释放的能量通过质量亏损 由
给出。这里 是光速，它表明微小的质量差会转化为巨大的能量。
我们用代表性的反应来比较一下。核聚变中，氘 与氚 的反应
每次反应释放 MeV。核裂变中，铀 235 吸收中子而分裂的反应，每次约释放 MeV。
单次反应的绝对值核裂变要大 10 倍以上，那为什么还说核聚变”能量密度高”呢？关键在于参与反应的核子数目。核聚变是在质量数 5 的体系中释放 MeV，核裂变是在质量数 235 的体系中释放约 MeV，换算到每个核子，核聚变约为 MeV，核裂变约为 MeV。若以相同质量的燃料来计算，核聚变可提取的能量大约是核裂变的 4 倍。
我们也定量地看一下燃料资源的差异。核裂变燃料铀主要使用天然含量仅约 的 ，因此可采资源按当前消费量估计只有数十年到百年左右。核聚变燃料氘在海水中以约占氢 的比例存在，实际上取之不尽。氚在自然界中几乎不存在，但可以在反应堆内用中子轰击锂，通过
这样的方式生成（氚增殖）。锂资源若把海水计入也能长期供应。
安全性上的物理差异在于反应的自维持机制。核裂变保持临界状态运行，即一次裂变产生的中子中平均有 1 个引发下一次裂变。通过控制棒等管理这种中子收支，把有效增殖系数 维持在 1 附近。核聚变的 - 反应没有这种中子链，反应率由密度 、温度 、约束时间 决定。装置一旦受到扰动，等离子体就会冷却，反应自然停止，原理上不会发生失控式的功率上升。
深入理论（研究生水平）
Section titled “深入理论（研究生水平）”区分核裂变与核聚变安全性的、更本质的量是衰变热（decay heat）。核裂变中生成的裂变碎片是不稳定的放射性核素，即使停止运行后仍持续进行贝塔衰变和伽马衰变而发热。这种衰变热在停止后不久可达额定热功率的百分之几，虽然随时间衰减，但若来不及排除就会损伤堆芯。停止后仍需长时间强制冷却正是出于这个原因，冷却功能的丧失是严重事故的主要情景。
在核聚变堆中，受到中子照射的结构材料也会被活化并产生衰变热，但其大小与核裂变堆的堆芯衰变热相比要小几个数量级，在许多设计中被认为可以用被动的自然冷却来应对。堆内存在的燃料始终只有数克左右，即使燃烧持续也没有链式放大机制，这从根本上简化了安全设计。
放射性废物的性质，若从生成机制来理解，差异就会更加清晰。核裂变的废物分为两个系统。一个是裂变碎片本身，包含多种中等质量的核素。另一个是铀吸收中子生成的锕系元素（actinides），例如钚和镅，其中包含半衰期长达数千年到数万年的长寿命核素。这些高放射性废物必须以深地质处置为前提，将其在地下深处隔离数万年。
核聚变的废物来源不同。- 反应的直接生成物是氦，这是无害的稳定核。放射性的来源主要是 MeV 的高速中子打到堆壁和增殖包层的结构材料上所引起的活化。因此废物的量与寿命，会因选择何种结构材料而大不相同。这正是核聚变重要的设计自由度。若使用低活化铁素体钢（reduced-activation ferritic/martensitic steel）这类即使被活化也只停留在短寿命核素的材料，据估计废物在数十年到百年左右就会衰减到可再利用的水平。原理上不生成锕系元素这一点，是与核裂变的决定性区别。
从理论框架的角度看，两者所处理的物理体系本身就不同。核裂变堆的设计以基于中子输运方程的中子工程为中心，求解临界性和中子通量分布。核聚变堆的设计以处理带电粒子集群的等离子体物理为中心，以基于磁流体力学（MHD）的平衡与稳定性分析、以及基于动理论的输运与加热分析为要点。同样是”核能”，所需理论的语言却完全不同。
若把它与其他可再生能源并列，核聚变的定位就会更加清晰。太阳能和风能不需要燃料，运行时也没有碳排放，但其输出会受天气和时段左右，是波动电源，必须与大规模储电和供需调节配套考虑。核聚变与太阳能、风能一样在运行时不排放二氧化碳，也不产生核裂变那样的长寿命高放射性废物和锕系元素，但它不依赖天气、能够稳定地提供大功率，可以成为基荷电源，性质上有所不同。也就是说，核聚变可以被梳理为这样一种技术：它弥补可再生能源波动性这一弱点，又避开核裂变长寿命废物和失控风险这些弱点，瞄准两者之间的中间定位。
研究前沿（博士水平）
Section titled “研究前沿（博士水平）”为了实现核聚变的实用化，有若干课题正在进行中研究。其一是堆材料问题。 MeV 的中子会撞出原子、损伤材料组织，并通过核嬗变生成氦和氢。研究者正在寻找能够长期承受这种辐照损伤（radiation damage）的材料，并推进低活化材料的验证。在专业文献中，displacement per atom（dpa）和 neutron fluence 这类指标频频出现。
其二是氚收支。要让反应堆自立运行，就必须在增殖包层中生成比消耗更多的氚，问题在于能否把氚增殖比（tritium breeding ratio, TBR）保持在大于 1。增殖包层的设计与验证是重要的研究课题。
在堆芯等离子体一侧，约束性能与稳态运行的兼顾、周边等离子体的热与粒子排出（divertor exhaust）、以及规避或缓解约束突然丧失的破裂（disruption），都作为主要课题被研究。
从比较的角度看，近年来受到关注的是衡量核聚变达成程度的指标。人们常用能量增益因子 ，即输出能量相对于输入能量之比，来评述成果。据报道，2022 年 12 月美国 NIF 在惯性约束核聚变中实现了核聚变输出超过输入激光能量的点火（ignition）。在磁约束方面，ITER 正以 为目标推进建设。相对于核裂变已是成熟的基荷电源，核聚变正处在如何把这个 做得更高、更持续地实现的阶段，人们正以各装置不同的方式追求这一目标。