最近隨著嫦娥五號順利返回，華龍一號成功并網(wǎng)發(fā)電，以及中國環(huán)流器二號投入使用，可控核聚變和第四代核電站的熱度又提起來了。作為當(dāng)代世界最熱衷核動力的中國，幾乎每一年都在邁出新的腳步。那么，就讓我們今天一起認識一下，被各大科幻小說視為“未來能源解決方案”的可控核聚變技術(shù)吧。

預(yù)備知識：核聚變基本方程和基本理論

核聚變，又被稱為“核融合”反應(yīng)，指的是小的原子核克服庫侖勢壘后，在強大的核力作用下生成更重的原子核，并釋放能量的過程。某種程度上，核聚變可以看做是核裂變的“可逆過程”，而且在滿足特定條件下，核聚變和核裂變都一樣可以釋放能量。

根據(jù)測算，元素隨著原子量從小到大，核結(jié)合能先升高后降落，頂峰是鎳-56.不過由于鎳-56半衰期很短，很快會變成鐵-56（也就是我們?nèi)粘Ｒ姷降蔫F元素的最多的同位素），因此又叫做“鐵峰頂”。在這個“山脈”的兩側(cè)，小的原子核之間聚變會釋放能量，大的原子核分裂也會釋放能量。不過，由于大原子核相對不穩(wěn)定，因此核裂變和衰變往往是自發(fā)性的，而核聚變卻需要強大的外界作用力來驅(qū)動，這也是可控核聚變最大的難點所在。

根據(jù)核結(jié)合能圖表和對恒星的光譜分析結(jié)論，科學(xué)家將宇宙的自然產(chǎn)生的核聚變分為若干種：太初核聚變、主序星核聚變（又分為質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)和碳氮氧循環(huán)，但本質(zhì)都是4個氕合成一個氦的過程）、超新星核聚變、中子星/黑洞碰撞核聚變，隨著威力的提升，能夠合成的元素也越重，因此隨著時間的推移，宇宙大爆炸開始時的太初核聚變產(chǎn)生出的氕、氘、氦等元素不斷被聚合成重元素。不過也有例外，如上面的結(jié)合能表的鋰、鈹、硼，因為結(jié)合能反而低于氦，所以不能被氦核聚變產(chǎn)生，只能通過宇宙射線散裂產(chǎn)生，這也能解釋為何地球上的鋰、鈹、硼比起硅，氧，氮，鋁豐度低很多，因為后面的幾種都是正常恒星核聚變產(chǎn)物，在太陽誕生前的古老恒星死亡，釋放出元素形成太陽系的原始星云時，這些元素也隨之因引力聚合成當(dāng)前的地球，后來，隨著地球表面冷卻，鐵，鎳和鈾這樣的重金屬沉沒到地核，被鈾238和鉀40緩緩的衰變熱加熱的地核熱量加熱到高溫熔融狀態(tài)，并在自轉(zhuǎn)下緩緩流動。由于鐵是順磁性元素，加之它隨著自轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生了巨大的“地心發(fā)電機”，因此為地球提供了屏蔽太陽風(fēng)的地磁場。所以，地球能夠形成，孕育生命，享受陽光，這一切都和天然的核聚變和聚變產(chǎn)物密切相關(guān)。?

下面讓我們談一下具體的核聚變方程式和條件。由于太陽是一顆小質(zhì)量主序星，因此它的引力加熱的核心溫度約為1000萬開爾文，內(nèi)部壓力能夠把氕（1H）加壓到260克/立方厘米，是地球上最重的鋨元素的20倍。在太陽巨大的引力束縛下，高壓和高溫將氫原子的布朗運動范圍壓縮到原子核半徑內(nèi)，從而讓核力產(chǎn)生作用，克服原子核之間的庫侖力，把兩顆原子核拉進形成新的原子核，并釋放能量。

根據(jù)百科資料，質(zhì)子·質(zhì)子鏈反應(yīng)共有四個步驟。

第一個步驟是兩個氫原子核融合1H（質(zhì)子）成為氘，一個質(zhì)子經(jīng)由釋放出一個 e+和一個中微子成為中子。

1H + 1H → 2H + e+ + νe

在這個階段中釋放出的中微子帶有0.42MeV的能量。

第一個步驟進行的非常緩慢，因為它依賴的吸熱的β正電子衰變，需要吸收能量，將一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子。事實上，這是整個反應(yīng)的瓶頸，一顆質(zhì)子平均要等待1億年才能融合成氘。

正電子立刻就和電子湮滅，它們的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成兩個γ射線的光子被帶走。e+ + e? → 2γ （它們的能量為1.02MeV）

在這之后，氘先和另一個氫原子融合成較輕的氦同位素，3He：

2H + 1H → 3He + γ （能量為5.49 MeV）

然后有三種可能的路徑來形成氦的同位素4He。在pp1分支，氦-4由兩個氦-3融合而成；在pp2和pp3分支，氦-3先和一個已經(jīng)存在的氦-4融合成鈹。 在太陽，pp1最為頻繁，占了86%，pp2占14%，pp3只有0.11%。還有一種是極端罕見的pp4分支。

PP1:3He +3He → 4He + 1H + 1H + 12.86 MeV

完整的pp1鏈反應(yīng)是放出的凈能量為26.7MeV。 pp1分支主要發(fā)生在一千萬至一千四百萬K的溫度，當(dāng)溫度低于一千萬K時，質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)就不能制造出4He。

PP2:

3He + 4He → 7Be + γ

7Be + e? → 7Li + νe

7Li + 1H → 4He + 4He

pp2分支主要發(fā)生在一千四百萬至二千三百萬K的溫度。

90%的在7Be(e?,νe)7Li*的反應(yīng)中產(chǎn)生的中微子，90%帶有0.861MeV的能量，剩余的10%帶有0.383 MeV的能量（依據(jù)鋰-7是在基態(tài)還是激發(fā)態(tài)而定）。

pp3：3He + 4He → 7Be + γ

7Be + 1H → 8B + γ

8B → 8Be + e+ + νe

8Be ? 4He + 4He

pp3鏈反應(yīng)發(fā)生在二千三百萬K以上的溫度。

pp3鏈雖然不是太陽主要的能量來源（只占0.11%），但在太陽中微子問題上非常重要，因為它產(chǎn)生的中微子能量是非常高的（高達14.06 MeV）。

PP4雖然預(yù)測上有這種反應(yīng)，但因為極為罕見（在太陽中只占千萬分之三的量），因此從未曾在太陽中被觀測到。在此種反應(yīng)中，氦-3直接和質(zhì)子作用成為氦-4，可以產(chǎn)生能量更高的中微子（高達18.8 MeV）。

3He + 1H → 4He + νe + e+

比較最后產(chǎn)生的氦-4和4個質(zhì)子的質(zhì)量，顯示少了0.007或是0.7%的質(zhì)量。這些質(zhì)量被轉(zhuǎn)換成了能量，在各自的反應(yīng)中以γ射線和中微子的形式釋放出去。在一個完整的反應(yīng)鏈可以得到26.73MeV的能量。

只有以γ射線釋放的能量會和電子與質(zhì)子作用來加熱太陽的內(nèi)部。這些熱量支撐著太陽使它不至于因為本身的重量而崩潰。

中微子不會與一般的物質(zhì)發(fā)生交互作用，而且不會支持太陽去對抗本身的重力崩潰。中微子在pp1、pp2和pp3鏈分別帶走2.0%、4.0%和28.3%的能量。

說完了自然的核聚變的理論后，我們可以進入今天主體：人工核聚變。

聚變之光照亮了人類的末日？不可控核聚變的強大威力

自從核裂變被用于軍用后，冷戰(zhàn)時的戰(zhàn)爭狂人們就開始物色遠大于原子彈的武器。因此，美國鼓吹核武器的科學(xué)家泰勒便投身于核聚變武器的開發(fā)中。經(jīng)過推算，他們認為原子彈爆炸時的高溫高壓足夠在局部范圍達到啟動核聚變的威力，因此一種影響至今的核武器構(gòu)型——泰勒-烏拉姆構(gòu)型出現(xiàn)了。

泰勒·烏拉姆構(gòu)型原理就是太陽的質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)。由于質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的“瓶頸環(huán)節(jié)”是氕吸收電子生產(chǎn)氘，而地球上又沒有氦3這樣的元素，因此泰勒便從地球上能夠搞來的原料——氘入手開始做核武。氘作為太初核聚變的產(chǎn)物，在地球上數(shù)量稀少，但仍然能夠從大海分離出來的重水制造。據(jù)估計，大海中每1萬個水分子中，就有3個水分子中的氫元素是氘。搞來了氘以后，就可以將其用于核聚變了。

常青藤·麥克外觀看起來就像一個大水箱，里面保存著液態(tài)的氘，并塞入一個原子彈作為雷管。雖然尺寸龐大，但是它也確實是威力十足，足足爆發(fā)出了1000萬噸的爆炸威力，如果是在紐約上空引爆這個東西，那么整個紐約市基本上不會有建筑物殘留下來。不過由于太大，太笨重，日后的核武器轉(zhuǎn)向“干式”聚變·裂變核武器，可以看本人這篇文章。

當(dāng)然，僅僅有了溫度還不行，因為強大的沖擊波會把氫元素炸的四處飛濺，進而把原子間隙拉開而無法引爆。這就導(dǎo)致炸彈外殼必須有一定的約束力——在自身被氣化掉前的百萬分之一秒內(nèi)約束住沖擊波，讓氘原子核飛散前就完成聚變進程。因此這就是泰勒-烏拉姆的核心理論——反應(yīng)層加熱推送壓縮。即原子彈不但提供核聚變需要的熱能，同時負責(zé)壓縮聚變?nèi)剂?，讓其一瞬間達到太陽核心的高溫高壓而引發(fā)核聚變反應(yīng)。而世界上絕大多數(shù)未能夠起爆成功的聚變彈，都是因為未能讓它完成壓縮進程而失敗的。因此這要求外殼必須高密度，一般常用的材料是鈾238，它既致密，同時它本身也是可以在高強度中子流沖擊下發(fā)生核裂變的，因此可以進一步拔高威力。這樣同時在內(nèi)層使用核裂變作為“引信”，外部又包裹鈾238的核彈，就被俗稱為“三相彈”，不過更確切的說法是“聚變增強裂變彈”，因為它70%以上能量來自于外部裂變能量，這個原理一會再說?？偠灾?，通過原子彈的X射線加熱+反應(yīng)層燒蝕壓縮機理，人類實現(xiàn)了氫彈這樣的不可控核聚變的武器，但是，要想把它變?yōu)槌掷m(xù)釋放能量的“可控核聚變”，就非常困難了。

一如前文所述，核聚變的三大前提：反應(yīng)物、高溫、高壓，在地面上都難以尋覓?，F(xiàn)實中，人類根本造不出來能夠容忍太陽強大的壓力和熱量的材料，也無法把核武器小型化到只加溫而不炸毀設(shè)施的水平。因此為了繞過這個材料門檻，人們想了很多辦法，就是今天的主角：可控核聚變研究設(shè)施。

洛倫茲力的妙用——磁約束核聚變設(shè)施

為了讓反應(yīng)物盡可能保持高溫，同時遠離無法承受聚變之火的外殼，人們首先想到的是采用洛倫茲力的回旋加速器。由于高溫會將氣體電離成等離子體，而后者作為一種帶電粒子的集合，會和電磁場產(chǎn)生洛倫茲力效應(yīng)，從而沿著磁力線垂直面流動?，F(xiàn)實中，地球磁場就是這樣把帶有大量等離子體的太陽風(fēng)偏轉(zhuǎn)出去，保護了地球的生命不被太陽風(fēng)打成粉末。而偏轉(zhuǎn)的等離子體最終射入地磁極附近，產(chǎn)生了壯麗的極光。

因此，經(jīng)常能看到極光的蘇聯(lián)人很快就將其用到了核聚變研制中，設(shè)計了一個大號的回旋加速器，讓高溫等離子體沿著磁感線中心流動，避免接觸外界。這一設(shè)備，又被稱之為“托卡馬克”。

托卡馬克的核心結(jié)構(gòu)是一個D型環(huán)拼接成的甜甜圈形狀的空心圓管，外部密密麻麻裝滿超導(dǎo)線圈纏繞的電磁鐵，以產(chǎn)生強大的磁能。在托卡馬克加熱到1000萬K以后，內(nèi)部的工質(zhì)就會順著外加強磁場開始高速旋轉(zhuǎn)，在不斷輻射熱量的同時避免接觸外壁。迄今為止，中國位于合肥物質(zhì)科學(xué)研究所的EAST實驗設(shè)施取得了很大研究進展：2017年7月3日實現(xiàn)了101.2秒高溫等離子體磁約束運轉(zhuǎn)，和2018年實現(xiàn)加熱到10MW，中央突破1億K的記錄，這也是目前世界托卡馬克的最好記錄。

雖然中國研究設(shè)施成功完成了1億K加熱和100秒磁約束等離子體運轉(zhuǎn)，但是它比起真正的核聚變反應(yīng)堆還是有相當(dāng)?shù)木嚯x，而且目前我國實現(xiàn)的高能等離子體實驗都是外部加熱，并未實際投入聚變?nèi)剂稀Ｒ虼酥荒苣M未來核聚變的熱量和等離子流體的相關(guān)數(shù)據(jù)，類似于電加熱模擬核反應(yīng)堆。

如今，世界各國合作研發(fā)的真正意義上的第一個巨型托卡馬克式的核聚變實驗堆是法國的“國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆”（ITER）工程。該設(shè)施是一個龐然大物，熱功率足有中國EAST的五十倍，達到了500兆瓦，而計劃的磁約束時間也達到了400秒以上，因此被廣泛視為真正的核聚變商業(yè)運行堆芯的示范工程。

ITER工程可以追溯到1985年里根和戈爾巴喬夫舉行的日內(nèi)瓦元首會議的共識，雙方同意推進核裁軍和未來核動力的合作開發(fā)，并引入歐共體和日本作為合作伙伴。到了2001年，IAEA接管了工程的領(lǐng)導(dǎo)，開始進入實地的研發(fā)階段。在2003年，加拿大退出了ITER，而美國也有一度專心于自己的“國家點火設(shè)施”而退出，之后中國、韓國、印度加入了這個計劃，并各自擔(dān)負重要任務(wù)。2007年，ITER開始進入實施準(zhǔn)備階段，2015年開始建設(shè)主體工程，2019年完成了印度制造的3800噸低溫恒溫器底座安裝，2020年開始進入總裝，預(yù)計2025年試運行。不過，2025年的時間點只是讓它“熱身”，進行高溫等離子束約束實驗，到了2035年才會真正注入氘氚混合氣，開始做真正的核聚變嘗試。因此距離1985年項目開始立項，到最終按時間表實現(xiàn)氘氚核聚變，需要整整50年時間，被馬克龍總統(tǒng)稱之為“人類歷史上最偉大的進步，往往源自于大膽的賭注和坎坷之路”。

除了廣為人知的托卡馬克核聚變設(shè)備外，還有兩種最近逐漸引起注意的磁約束核聚變實驗設(shè)備：仿星器和磁鏡。

仿星器原理和托卡馬克差不多，都是利用一個環(huán)形的磁場讓等離子體在其中“流動”，它誕生能夠追溯到1950年斯皮策研發(fā)的實驗設(shè)備，不過后來被托卡馬克奪去了風(fēng)頭，一直到現(xiàn)在才逐漸追上。

仿星器的磁場并不是托卡馬克的垂直磁感線，而是一種扭曲了的磁感線，彼此兩個繞組的電流反向，這樣等離子體運轉(zhuǎn)時就會在磁場反轉(zhuǎn)時扭曲運轉(zhuǎn)，抵消了電流方向，不產(chǎn)生等離子電流。設(shè)計仿星器的初衷在于為了最小化等離子體在磁場切割磁力線運動時的能量損耗。由于帶電粒子運動有很大的不確定性（布朗運動），加上托卡馬克的磁場強度內(nèi)圈和外圈并不均勻。因此某些粒子運動時會和密集的磁感線相撞被反射，這就是“磁鏡效應(yīng)”（接下來會說），這樣一來效率就會下降。同時由于托卡馬克離子流始終一個方向運轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一道強大的等離子電流，根據(jù)霍爾定律可知，這樣強大的等離子電流也會和磁場產(chǎn)生作用，從而擾亂托卡馬克內(nèi)部的規(guī)律性離子流。而仿星器通過復(fù)雜的磁場設(shè)計和軌道設(shè)計，在精細的計算下能夠讓粒子實際承受的洛倫茲力保持均勻，不會撞擊“磁鏡”引發(fā)反射。同時由于相鄰繞組電流相反，能夠抵消內(nèi)部的等離子電流，因此可以如同恒星大氣一樣自然對流，這也是“仿星器”名稱的來源。

目前，世界上最為先進的仿星器設(shè)計是德國人的Wandelstein X-7設(shè)施。不過由于該設(shè)計難度很大，非常依賴于計算機模擬技術(shù)和裝配技術(shù)，所以流傳并沒有托卡馬克廣泛。

另一種磁約束反應(yīng)堆的概念為磁鏡。磁鏡其實和仿星器都是1950年代誕生的，比托卡馬克早了10年，但都因為不如托卡馬克“大力出奇跡”而一度陷入低潮。后來隨著計算機模擬技術(shù)發(fā)展，仿星器率先起死回生，磁鏡也在沉寂多年后逐漸返回賽道。

還記得當(dāng)時困擾托卡馬克的“磁鏡”效應(yīng)嗎？磁鏡技術(shù)就是利用帶電粒子突然接近磁感線密集區(qū)產(chǎn)生的反射效應(yīng)制造的。磁鏡通過在圓柱形空腔內(nèi)布置多個電磁鐵，產(chǎn)生相對的磁感線，在粒子射入后，粒子在垂直于磁力線的軌跡運行就會受到阻力而多次反射，最終沿著接近軸向的軌道前進，從而遠離外壁。由于磁鏡比起之前的托卡馬克和仿星器都容易設(shè)計，所以它也是最早一代核聚變實驗器械。但由于粒子平行于磁感線運動時不會受力，這導(dǎo)致在磁鏡的磁感線端口處必然會發(fā)生泄漏。由于固有泄漏無法從理論上回避，該技術(shù)1985年后陷入停滯。不過隨著近年來計算機模擬技術(shù)的提升，磁鏡憑借結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢再度吸引了目光，上圖的國產(chǎn)磁鏡實驗設(shè)備在2012年完成設(shè)計，2014年就搭建完成可以試驗，可見這種設(shè)備具備經(jīng)濟上的可行性，但是能否取得實質(zhì)進展還有待研究。

除了許許多多的磁約束核聚變實驗設(shè)備外，還有一種重要的核聚變實驗設(shè)備，也是迄今唯一實際上進行了聚變點火的設(shè)備——激光慣性約束核聚變設(shè)備。

以激光代替核爆炸——慣性約束核聚變

在前面講述氫彈時，我們已經(jīng)提到了“反應(yīng)層燒蝕推送壓縮”是啟動核聚變反應(yīng)的鑰匙。美國人利用了氫彈的原理，便推出了慣性約束核聚變。

慣性點火原理是來自于核聚變?nèi)剂显诒荒撤N強大的力場（如粒子對撞機、核爆炸、激光光壓）突然壓縮后引發(fā)核聚變。因此，要想用慣性約束點燃核聚變的話，就必須保證在最短的時間內(nèi)集中最大的能量在一個極小的靶上。在1960年代初，有人曾經(jīng)提出過用高速離子流對撞來實現(xiàn)核聚變，但是離子流對撞難度相當(dāng)高，因此在激光發(fā)明后，美國人便轉(zhuǎn)向激光慣性壓縮手段。

當(dāng)激光從四面八方均勻照射在靶標(biāo)上后，由于靶標(biāo)覆蓋物被瞬間加熱到1億攝氏度，會劇烈地開始氣化。強烈的燒蝕氣化和激光的光壓就會產(chǎn)生類似于泰勒·烏拉姆布局的氫彈的反應(yīng)層推送效果，將其壓縮到260克/立方厘米的超級密度，同時伴隨激光的上億度高溫，將其一鼓作氣點燃。由于大功率激光器和光路相當(dāng)難以設(shè)計，美國通過幾十年積累，才搞出了“國家點火設(shè)施”。

國家點火設(shè)施擁有長達1公里的激光加速通道，在通道末端，192支激光器的鏡頭以一個球面對準(zhǔn)球心“瑟瑟發(fā)抖”的核聚變?nèi)剂蠅K。該設(shè)備極度要求裝配精度，所有的設(shè)備必須在100微米的誤差允許范圍內(nèi)裝到位，并且開火時間要精確到30皮秒。

為了保證激光按照同一個波形，同一個時間命中目標(biāo)，美國的國家點火設(shè)施其實只有1個大功率激光器。該激光器發(fā)射激光后，通過一系列光路設(shè)備不斷反射，折射，匯聚，最終分成192束擊中目標(biāo)。由于初始激光只有6J能量，美國人為此設(shè)計了氙燈強化裝置，使用超級電容供電7680具高能氙氣大燈，一瞬間注入117KWH的光能，把激光強化到400萬焦耳，相當(dāng)于1KGTNT炸藥。

在2013年11月19日，192束激光裹挾著1.9MJ能量打入靶子，瞬間產(chǎn)生1億K高溫和1000萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，成功點燃膠囊里的氘氚混合氣，釋放17.3kJ聚變能量。而在第二年，他們更進一步，實現(xiàn)了一個人類歷史的第一——成功讓核聚變釋放的能量超過了入射能量，這也是迄今為止所有的核聚變實驗設(shè)備中，唯一真正點燃核聚變并成功超過入射能量的案例（其他的磁約束設(shè)備僅停留在熱等離子體驗證階段）。

雖然國家點火設(shè)施取得了很大成功，但是很多人對其進行了尖刻的批評。對其技術(shù)批評倒不是重點，而是美國人的動機：由于慣性約束核聚變和核武器的燒蝕推進壓縮原理太過于接近，其他國家科學(xué)家擔(dān)心，一心謀求穩(wěn)定世界霸權(quán)的美國只是用它進行核武器核心的實驗，而非真正打算用于民用發(fā)電。不過無論如何，美國國家點火設(shè)施取得了人類第一次非核爆產(chǎn)生的核聚變的成績無可掩蓋。

未來如何利用核聚變？

目前，各國的核聚變?nèi)匀恢饕Ａ粼谇捌跍?zhǔn)備性研究上，尚未投入真正的穩(wěn)定氘氚核聚變運轉(zhuǎn)。那么，倘若有一天核聚變成功運轉(zhuǎn)，它到底該如何為我們發(fā)出電力呢？

我們知道，人類目前和平利用核裂變主要是用它裂變熱給冷卻物質(zhì)加熱，然后驅(qū)動汽輪機發(fā)電。但是核聚變的溫度實在太高，而且磁約束設(shè)備需要用強大磁場才能約束等離子體，顯然不可能把整個大線圈沉浸在水中，而且考慮到現(xiàn)在都未能夠啟動實質(zhì)性的核聚變，因此很多人還是抱著“等成了再說”的心態(tài)面對核聚變。不過，根據(jù)核聚變產(chǎn)物的一些性質(zhì)，我們還是能夠摸索到一些可用的方法，其中之一就和今天投票的“核廢料”和前兩天提到的“釷燃料”有關(guān)。

我們知道，目前研究最多的是“氘氚”混合氣核聚變，除此之外還有潛在的“月壤提取氦3進行核聚變”，當(dāng)然后者距離比氘氚核聚變還遠的多。就以氘氚核聚變?yōu)槔?，我們目前能夠想到的最直接的方法，還是從核彈頭去取經(jīng)。

我們知道，為了引發(fā)核裂變，需要90%U235濃度的高濃縮鈾或者高濃縮钚239。但是這兩種物質(zhì)非常稀少，占有99%的鈾238反而只能成為貧鈾彈的材料。不過，鈾238可以在快中子下裂變，因此為了充分利用核材料，美國和蘇聯(lián)最早在核武器中采用了“聚變驅(qū)動裂變”的設(shè)計，以核聚變級生成的強大中子流沖擊外殼的鈾238，使得其發(fā)生核裂變引發(fā)更大威力。憑借這個原理，科學(xué)家開發(fā)出了“加速器驅(qū)動反應(yīng)堆”，通過外部中子源（質(zhì)子加速器轟擊靶版產(chǎn)生中子）替代臨界質(zhì)量的鈾235供應(yīng)中子，打碎內(nèi)部的鈾235或者鈾238產(chǎn)生裂變，但不能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因此外部切斷中子流反應(yīng)也隨之停止。該裝置廣泛用于科研教育領(lǐng)域。不過，如果把外部中子源變成一個源源不斷輸出高能中子的托卡馬克/仿星器/磁鏡的話，這個技術(shù)就有可能成為潛在的核電廠裝置。

在這樣的聯(lián)合循環(huán)模式下，需要用特殊的中子通透材料設(shè)計外殼，讓反應(yīng)生成的大量中子流快速輸出到旁邊的裂變反應(yīng)堆中。為了防止水減速中子流，可以采用液態(tài)金屬堆來保持快中子速度。這樣一來，就算是貧鈾塞進了反應(yīng)堆，也會因為核聚變源源不斷的快中子供應(yīng)而發(fā)生核裂變，或者吸收中子變成钚239這樣的可裂變材料。同時由于聚變反應(yīng)堆關(guān)閉較為容易，關(guān)閉后便立即不再產(chǎn)生中子，從而快速關(guān)閉裂變堆，避免發(fā)生事故。

同時，有了強大的中子源后，核廢料也可以繼續(xù)拿過來發(fā)電。

我們知道，目前核廢料是各個核能大國都感到頭疼的話題。中國現(xiàn)在有40多個發(fā)電的核電堆，也有數(shù)十個在建設(shè)的核電站，但是中國迄今沒有建設(shè)一個核廢料永久儲存基地，因此中國所有的核廢料只能堆放在核電廠的乏燃料水池冷卻，成為數(shù)十個潛在的“臟彈”。其實，核廢料中除了不足5%的鈾235分裂產(chǎn)物和U238衰變產(chǎn)物外，絕大多數(shù)還是鈾238，只不過因為剩余的鈾235無法達到臨界質(zhì)量而無法繼續(xù)發(fā)電了。不過，如果有強大的中子源，能夠打碎里面裂變產(chǎn)物和剩下的鈾238的話，余下的核廢料的鈾238仍然可以繼續(xù)發(fā)電，或者生產(chǎn)钚239.因此可控核聚變成功后，就算是不能用于直接發(fā)電，用于核廢料處理和外部中子驅(qū)動反應(yīng)堆也同樣有著巨大的經(jīng)濟效益。

同時，在中子源得以解決后，釷燃料的運用也更加安全。由于釷在接收中子照射后會生成U233，是一種潛在的可增殖材料，但是由于U233里混合的U232導(dǎo)致的強烈輻射影響了它的提純和分離，一直未得到合理使用。不過，如果有了核聚變中子源，那么就可以把釷232放在核聚變設(shè)備上進行持續(xù)輻射，通過不斷吸收中子，釷232可以一直添加中子，生成鈾233,234,235,238乃至钚239.既然鈾232難以處理，就把它也一并提升到可以裂變的鈾235不就得了。所以，在這樣的安全中子源得到推廣后，鈾燃料和釷燃料就可能進行“流水線生產(chǎn)”，能夠保證世界用上幾百年。

最后，核聚變的強大熱能也是未來太空推進的可用燃料。由于核聚變溫度極高，并且可以用磁場約束噴射方向，可制造成遠強于當(dāng)代的等離子發(fā)動機的核聚變發(fā)動機。這樣一來，核動力航天器的電力和燃料都很容易解決了。

結(jié)語——革命尚未成功，同志仍需努力

正如馬克龍總統(tǒng)評價ITER是“世界上最偉大的進步，往往起源于大膽的創(chuàng)新和艱難的過程”一樣，核聚變在軍用60年來，一直努力向著可控，可推廣的方向發(fā)展，但受制于科學(xué)技術(shù)限制，可控核聚變?nèi)匀挥兄L的路要走。然而，我們并不能因此偃旗息鼓，而是腰更加奮起研究。

昔日，歐幾里得曾經(jīng)對托勒密說過：沒有通向幾何學(xué)的波斯御道。如今我們面對科學(xué)也是一樣，不要抱著實用主義和投機主義的僥幸心理，必須要腳踏實地堅實的一步步走起，才能夠真正的讓祖國的科學(xué)技術(shù)攀上世界之巔。