核聚变反应

核聚变反应是指较轻的原子核相互结合形成较重的原子核，并在此过程中释放能量的核反应。它是太阳等恒星的能量来源。

通俗定义（高中水平）

当两个像氢这样的轻原子核结合成像氦这样的重原子核时，反应前后质量会略微减少。这减少的质量按照爱因斯坦公式 $E = mc^2$ 转化为巨大的能量。这就是核聚变。它与像铀这样的重原子核裂开并释放能量的核裂变正好是方向相反的反应。

主要的核聚变反应（本科及以上）

在地面核聚变中最容易实现的是氘（D）与氚（T，超重氢）的反应。

$$\text{D} + \text{T} \rightarrow {}^4\text{He} \ (3.5 \text{ MeV}) + n \ (14.1 \text{ MeV})$$

其中 8 成的能量由中子带走，2 成由氦原子核（阿尔法粒子）携带。此外，人们还研究以下反应。

$$\text{D} + \text{D} \rightarrow {}^3\text{He} + n + 3.27 \text{ MeV}$$ $$\text{D} + \text{D} \rightarrow \text{T} + p + 4.03 \text{ MeV}$$ $$\text{D} + {}^3\text{He} \rightarrow {}^4\text{He} + p + 18.3 \text{ MeV}$$

之所以选择 D-T 反应，是因为它能在更低的温度下获得比其他反应大一个数量级以上的反应率。

引发反应的条件

由于两个原子核都带正电荷而相互排斥，要使它们发生反应，需要 1 亿度以上的高温、足够的等离子体密度以及足够长的能量约束时间。这些条件被归纳为 劳森判据。

深入学习

• 什么是核聚变
• 核聚变反应
• 劳森判据

相关术语

• 等离子体 - 核聚变反应发生的场所
• 约束 - 维持适合核聚变的条件
• 托卡马克 - 实现核聚变的装置
• 仿星器 - 另一种核聚变装置