可控核聚變是否有望用於發動機？

可控核聚變目前最熱門的應用領域是發電，但能否利用其產生的高溫加熱空氣等工質，進而產生推力？磁場約束方案體積質量太大，那慣性約束呢？(如果能實現)

不可控核聚變都可以用於航天推進，可控核聚變當然可以。

目前美國有正在研發的核聚變推進項目。

首先申明:核聚變推進並不完全是可控核聚變。

核聚變推進的原理大致如下:
1，將氘和氚的等離子體注入反應室。
2，在反應室中利用線圈產生的磁場對氘和氚等離子體進行壓縮。
3，氘和氚發生核聚變之後從噴管噴出，釋放能量。

為什麼核聚變推進不是可控核聚變呢?
可控核聚變要求是能夠可持續放電。
但是核聚變推進既不要求可持續，也不要求放電。
整個過程只需要給電容器充電，然後幾毫秒時間就可以完成，沒必要可持續。
其次，火箭需要的是動能，不是電能，所以自然不要求放電。

與此同時，核聚變推進還需要電進行驅動，但是獲得的動能增益，遠大於電能。
如圖，在Nasa的某個火星計劃當中，太陽能的輸入功率是180kW，而與此同時，輸出的動能為36MW，功率增益為200倍。

通過這種方式，地火往返時間可以縮短至210天，只需要一發運載火箭就可以執行。
相比之下使用全程使用化學火箭需要9次發射和1680天的任務時間。

目前這款發動機已經投入試驗了，但是似乎並不是太順。

按照NASA的roadmap,核聚變火箭要在2030年以後達到200倍增益的目標,能否順利實現目前來看還是未知數。不過還是蠻期待的。

我記得在Atom Rocket網站上有好幾種設計，我就挑幾種介紹一下

不過在這之前，先介紹一下聚變引擎的基本原理

我們知道，火箭引擎工作需要兩種東西——能量和工質。一般的化學能火箭中，推進劑既當爹又當媽，既提供了推進的能量，又充當了推進的工質。這樣看似簡化了結構，但是根據動量守恆定律可知，火箭的比沖和拋射工質的速度成正比，而化學能火箭噴射工質的速度存在著上限。

原則上說，能量和工質也可以分開，聚變火箭就是用聚變產生的能量加熱工質（聚變產物本身也可以當工質）產生推進力的火箭引擎。

在聚變引擎中，有三種類型的能量來自聚變反應：

等離子體熱能：當聚變燃料進行聚變時，燃料原子被電離成有用的熱等離子體離子，這裡包含了大部分的融合能量，也是容易使用的能量。

中子能量：許多聚變反應或副反應會產生致命的中子輻射。它對人類是致命的。它可以導致發動機部件中子脆化和中子活化。中子能量被認為是被浪費的能量。

軔致輻射能量：發生在從核聚變反應的熱等離子體中的離子與電子碰撞時。有用的等離子體熱能被轉換成無用的、危險的X射線加冷離子，這也被認為是浪費能源。

同時，根據需求不同，聚變火箭也有不同的工作模式，以磁鏡為例：

純聚變火箭（Pure Fusion Engines）只使用等離子體熱能，而只是聚變產品作為反應質量。中子和軔致輻射能量被浪費。這種模式具有最高的排氣速度/比沖和最低推力/推進劑質量流量。
聚變加力燃燒火箭（Afterburner Fusion Engines）也只使用等離子體熱能，但增加了一部分等離子能量加熱額外的冷工質，中子和軔致輻射能被浪費了。
雙模式聚變火箭（Dual-Mode Fusion Engines）除了使用等離子體熱能，也使用了中子和軔致輻射能加熱冷反應質量。此外，雙模式可以切換到純融合模式。這種模式具有最高的最低推力/推進劑質量流量和排氣速度/比沖。
純聚變火箭使用聚變產品本身作為工質。聚變加力燃燒火箭和雙模式聚變火箭通過附加的加力燃燒室（等離子熱能量，中子的能量，和軔致輻射能量）加熱附加工質。所以比起純聚變模式來，聚變加力燃燒模式和雙模式聚變有更大的推力和更小的比沖。

聚變反應溫度非常高，需要約束反應體系。不同聚變火箭的區別就主要在於約束方式

方案1：環形聚變（其實就是托卡馬克啦。

也稱為「閉合磁約束」。

托卡馬克相信大家都熟悉。這個引擎使用最簡單的D-T聚變反應，燃料是氫的同位素氘和氚的混合物。然而這種反應是「骯髒的」，只有20%的反應能量是由帶電粒子（α粒子）攜帶的，可以用發電或推進力。剩餘的能量（大部分是中子輻射）不僅不能被周圍的冷等離子體夾層吸收，反而會使反應堆壁的材料發生中子俘獲，破壞堆壁的材料的物理性質

優點是技術相對於比較成熟，比較容易實現

缺點就像題主說的那樣，太笨重。而且燃料中的氚容易衰變，無法儲存太久，最佳的辦法是在反應室的內壁上塗上一層Li-6，讓其收到聚變產生的高能中子轟擊後產生氚，然而這套裝置又會增加引擎的重量

設計例子：Discovery II

方案2：線性聚變（磁鏡）
也稱為「開放磁約束」。
和上面的方案一樣，也是磁約束，不同之處在於約束裝置的形狀不是環形，而是圓筒形。高熱的等離子體被束縛在一個圓柱形的空間內，軸向由兩個更強的像「鏡子」一樣的磁場約束（「磁鏡」的由來），在排氣口的反射鏡較弱，所以熱核聚變反應產品從噴嘴射出。Santarius博士提出「推力驅動一端細胞更大力增加軸向約束，最終產生，從而平衡等離子體的損失。

Santarius博士認為對於「磁鏡」來說，聚變燃料氘-氦3是最好的選擇。氘-氘反應具有較低的功率密度。氘-氚反應放出大量致命中子，需要更多的輻射屏蔽質量。氫-硼反應太難點燃，產生的幾乎所有能量都轉化成熱軔致輻射而不是更理想的高速帶電粒子。氦-氦3反應也太難點燃。

優點很明顯，如果使用的是D-He3為燃料的話，聚變產物可以直接作為工質噴出去，這樣的話比沖非常高，而且He3可穩定存在，不像氚那樣要「現制現配」，結構更簡單

缺點也很明顯，雖然我們說這個裝置軸向上有「磁鏡」阻攔等離子體，然而由於磁場對等離子的約束特性，依然會有相當數量的聚變燃料會從火箭的噴口處泄露出來，造成不必要的損失。

設計例子： Gasdynamic Mirror,

Hedrick Fusion Spacecraft,

Santarius Fusion Rocket.

方案3：激光慣性約束聚變

這種引擎將細小的，包含了氘氚複合芯的靶丸從儲存箱射出。在目標位置，一連串的激光模塊射擊這個靶丸，將其變成一個微型的「氫彈」，並藉由超導線圈提供12T的磁場將爆炸產生的熱等離子體定向的噴出，變成推力。

優點是結構重量比一般的磁約束方案輕，推重比高（VISTA)

（D-D聚變方案）

缺點是，約75%的聚變能量被浪費，沒有產生推力（逃逸中子和X射線）。但剩下的25%足以給飛船增加200km/s的V（磁鏡只有約4%的能源浪費）。

設計例子：VISTA

Hyde Fusion Rocket

方案4：Z箍縮聚變

電流在流過柱形導體（等離子體、導電物質）時，會產生角向磁場，並作用於載流子從而形成向內的徑向壓力。當電流達到一定程度時，可產生巨大的磁壓力，用於約束等離子體或使物質向內加速、碰撞，可獲得高溫、高密度的等離子體狀態，而這正是聚變反應所需要的。

設計例子：Firefly Starship

HOPE Z-Pinch

方案5：磁—慣性聚變
利用核聚變，主要方法有磁約束和慣性約束兩種。磁約束使用的是磁場，慣性約束是聚變炸彈爆炸的方式。作為推進系統，兩者都有很多缺點。
磁約束需要巨大的電磁鐵。該技術還具有等離子體不穩定性問題至今難以解決。
慣性約束核炸彈的效果很好，但要做成一個足夠小的裝置，也難以解決。壓縮激光或粒子束效率低，需要大量的多餘功率，讓所有的光束在同一瞬間工作也是一個挑戰。
而且這兩種方法都有一個問題，得到的聚變反應能加熱額外的推進劑，當然這樣比沖不高。聚變直噴需要用聚變產物作為推進劑，然而這兩種方案提供的等離子體（聚變產物）都很少，因此產生的推力也不高。
於是John Slough博士和他的同事們想出了這種結合了這兩種傳統方法的一種新技術：磁慣性聚變（MIF）。

其工作過程如下

(a，b) 等離子體發生器產生一團FRC（場反向位形）等離子體，並注入反應室。同時注入反應室的是「襯墊」。內膽是覆鋰的鋁箔圈，半徑約0.2米。每個將有0.28公斤至0.41公斤。

(c)等離子體在電磁鐵產生的磁場的約束下，來到一個反應室的「瓶頸」處（半徑約5厘米），並被磁場以約3km/s的速度擠壓。壓縮的等離子體發生聚變反應。

鋰位於反應和室壁之間，保護牆壁。它還吸收了大量的輻射，保護船員。鋰也是推進劑。由於它緊緊圍繞反應，它能非常有效的將得到的能量用於產生推進劑。

(d)電離的鋰（加上燃燒的聚變燃料）通過磁約束噴嘴噴出，提供推力。

優點： 由於這是一個開放的循環系統，反應的熱量被排出的等離子體散出，所以航天器只需要加一個不大的散熱器。節省重量。運行的磁鐵的能量可以由太陽能電池陣列提供。

由於壓縮是有效的，這將與聚變燃料的幾種類型：D-T、D-D、和D-3He。D-D可能是首選，因為氚放射性與短的半衰期，和3He是罕見的。(請注意，如果你用磁流體取代磁噴嘴（MHD）發電機，動力系統轉化為電能的發電機。這可用於地面的融合發電機。)
(未完待續）

資料鏈接：Engine List - Atomic Rockets

謝謝邀請。
以目前科技水平來看，實現可控核聚變遙遙無期，討論聚變引擎更是遙遠，不過，關於可控核聚變的小說有不少，比如著名的《三體》裡面，末日之戰中人類的2000艘戰艦，用的就是核聚變的無工質引擎。
當時有許多宇航局大佬，不看好無工質引擎，認為無工質引擎有太多問題，還好有我們的章北海同志解決了這個問題。

回到原題，加熱空氣，對於遠距離星際航行，是不可能的，空氣也是有質量的，也要考慮相對論，唯一有可能的只有無工質引擎。

受制於材料，裝置體積太大。元素要達到聚變要求的能量太高太粗暴，所以啟動能量和維持運轉能量需求也非常高，因此也會導致蓄能和轉化裝置體積太大。
最重要一點，沒有有效手段完全轉化釋放的能量，多餘的能量必定會導緻密閉的裝置出問題。

當然在太空中當噴射器倒是沒有這些問題，因為裝置不需要密閉，也不用管大小（太大了還是問題）。