可控核聚變有可能實現嗎？

01-03

題主問的是「可控核聚變有可能實現嗎？」。我想，更為準確的問題應該是：「商業聚變堆有可能建成嗎？」

可控核聚變其實不難，氘氚等離子體溫度足夠高就能發生聚變反應。但想要建成商業聚變堆，問題有：

1、能量輸出要大於能量輸入，也就是說三重積要足夠高。

2、第一壁材料要能長時間的承受熱衝擊（導致材料融化、熱應力導致開裂）、14MeV中子輻照（引發腫脹、脆性，降低熱性能）、氫氦離子損傷（表面長氣泡、變形）。

3、氚幾乎無法人工生產開採，必須做到氚自持（循環利用）。

而現狀是：

1、氘氚聚變的三重積大概要求 $> 5 imes10^{21} m^{-3}sKeV$ ,印象中JET堆已經做到了 $> 10^{21} m^{-3}sKeV$ 。答主不是等離子專業的，所以也不知道這個記錄有沒有被打破。不管怎樣，差距還存在，但不是不可克服的。

2、目前最熱的第一壁候選材料為鎢基材料。熱性能方面（抗熱衝擊性能熱導率）已經能滿足ITER的運行標準，但商業堆的運行標準更加嚴苛，還需要進一步研究。中子輻照方面的研究只能說剛剛起步，14MeV中子輻照實驗數據幾乎沒有，絕大部分是用裂變堆的輻照條件來模擬推測。氫氦兼容性研究也還不成熟，損傷機理、如何預防都還沒有一個普遍接受的結果。

3、氚自持技術的研究同樣也是才起步，如何提高氚增殖率並降低第一壁的氚滯留？阻氚材料如何選擇？氚如何進行再回收、富集、運輸？解決這些問題需要建立一個完整的氚工廠，並完善相應的技術標準。

一句話總結：路漫漫其修遠兮。

被同學推送了這個問題，問我怎麼看。

評論區里說我文不對題，仔細一想確實是這樣，只顧著去針對性的回答某一答主的抨擊了。因此正面回答一下原題，可控核聚變有可能實現。目前高約束模已經可以到分鐘量級，隨著診斷和控制手段的升級以及裝置各部件生產工藝的提升，聚變裝置的反應能力會比較快的提升。感興趣可以關注三個裝置，德國的仿星器，日本的JT60SA，這都是近幾年會出比較好參數的。十年左右ITER 能給我們一個比較明確的可預見的前景。知乎上為這類問題撕逼的可能性也就沒有了。當然，知乎還在的前提下……不小心黑了一把看山君。

分割線……………………

以下是原回答:

上午在和一個日本回來的機器視覺專家談東西，他給我演示的時候提及一個項目，用高速顯微鏡篩選海膽細胞。這個高速顯微鏡怎麼來的呢，產業經濟部的項目，一個高校團隊做，一年接近五十億日元，連續開發五年，非常感慨。

扯遠了回到本題，我也不匿名了，也沒什麼好怕的。有個回答說我所騙經費，對，我所近些年經費可觀，自然有人嫉妒。但是我所九十年代工資都發不出來，這些科研人員還堅守崗位的時候你就看不到。撿蘇聯的裝置這個也能被黑，要不你這個搞理論的用別人的理論也用撿？基礎差就要承認，引進最初的裝置做分析發展自己的裝置這個也有錯？我們最初的商用核電站還是引進的法國的m310，用你的描述應該叫撿法國的310。不到三十年，我們有自己的華龍一號，有自己的高溫堆。引進消化吸收再創新難道不是後發彎道超車的常用模式？等離子所確實不可避免的有各種中國科研體系下的種種問題，但是撿了俄國裝置之後我們發展了一系列自己的裝置，比如大家知道的east。我們還會有更新的裝置出來，你說忽悠經費也好怎麼也好，但是這個東西就是要錢，形勢逼人。日本的jt60sa近兩年就會放電。韓國的投入目前在世界上都算前三。難道你覺得我們應該放了？因為全世界都錯了，都是傻子？

再說說所謂的理論問題還是工程問題。打個比方磁約束裡面的仿星器裝置，為什麼擱置那麼多年？其實僅僅就是工程製造問題，直接點說就是磁體能設計出來不能加工出來。現在德國加工出來了，大家看到了希望，國內馬上就要跟。托卡馬克是工程問題還是理論問題？我認為工程問題更大，我熟悉的是機器視覺控制系統，幾年前，我們工業相機只能到1000楨，很多東西都看不到，跟瞎子一樣，更談不上控制。現在到了萬楨甚至幾十萬楨，能看到了，但是電源系統的響應還是跟不上，控制效果上不去。但是我不認為這是不可解決的。當然理論問題也存在不少，無論工程還是理論，難道問題不是一個一個解決的嗎？或者我們應該就擱著，讓別人再甩來我們，做一個落後的農業國。

手機答題，打字捉急，見諒！

要解決的問題很多，比如磁約束能不能長時間穩定運行，比如聚變反應帶來了超強中子輻照下材料能堅持多久。

聚變反應的中子輻照能量和強度都要比裂變恐怖的多，這麼強的輻照下材料內部會出現孔洞，界面會被剝離，性能會大幅度降低，嚴重的還會發生腫脹導致材料失效。

聚變堆如果第一壁失效了......

那麼為了避免失效，多久檢修，什麼情況該修，標準和壽命預測怎麼做，全都沒有建立

其實還有更嚴重的，連第一壁用什麼材料都沒有搞定。clam鋼，ods鋼，還有v合金，w合金，各有優點但是都不理想，長期用估計都夠嗆

補充一下

受控核聚變當然是有希望的，不然研究他幹嘛

問題是受控核聚變短期內是無法實現商業化運作的，這涉及到從核物理到材料學的一系列突破。打個比方，我們現在可以預測鋼鐵的腐蝕壽命，你知道這是攢了多少年的數據么。我們現在對材料的輻照損傷機理還處於懵懵懂懂狀態，需要無數科學工作者來填這個天坑

2017年9月6日凌晨修改

有同學提出用等離子體來防中子輻照，這個其實很不現實。

維持等離子體需要的能量太恐怖，雖然理論上你可以用聚變堆的能量來補充，但是要維持鉛的等離子體要多高溫度，你是不是還要多個隔熱層來著，順帶還要再來一套磁約束，而且還要和聚變堆里那一套做好電磁屏蔽（工程師絕對會把你扔聚變堆里的）

而且等離子體的密度太低，不知道會有多少中子無障礙傳過去。想實現減速只能把等離子體層做的非常厚，那麼厚你還能不能磁約束就是個大問題了

還有最重要的一點，聚變堆的中子能量太高，因此可以引發很多裂變堆里見不到或者很罕見的中子核反應，打到其他元素上會產生其他電荷數的元素，向鉛這樣的重元素天知道會變成什麼玩意，磁約束估計很快就失穩了。

還有同學問聚變堆第一壁破了會咋樣，這個，因為沒有聚變堆破過我也不好說。不過聚變堆因為不會產生放射性元素所以幾乎不存在放射性沾染問題（這個類似氫彈，氫彈的放射性沾染是引爆氫彈的原子彈帶來的），所以破了無外乎停堆，過熱熔化，最多boom，不會出現福島或者切爾諾貝利那樣的悲劇。

不過倒是有人提出來聚變堆如果boom了能不能點燃海水的問題，不過氫彈爆炸也沒見點燃海水，所以用過不會吧。（這裡的點燃海水指的是誘發水裡的輕核聚變，直接開始鏈式反應）畢竟聚變堆用的氘氚聚變條件比太陽那個氕的聚變容易達到的多。

其實如果能不用殼子形成液態或者氣態的「第一壁」，直接用水就好了，輕水幾乎是最好的種子減速劑。問題就是殼子的問題。記得還有人說用冰來著，可惜第一壁要接觸反應區，維持冰的存在幾乎是不可能的

再補充一點，對抗輻照損傷並不是完全沒辦法，研究表明在某些情況下晶界周圍一段區域會出現輻照的非缺陷區，就是中子不能在這個區域造成輻照損傷，但是目前非缺陷區的機理，形成原因都還不知道。我們假定能人為的製造大量非缺陷區組成材料骨架，那麼即是其他地方被打的千瘡百孔材料還能保持一定的力學性能，這樣也許能扛得住幾十年的輻照。

還有一個暴力的辦法，把第一壁做的非常厚就行了，畢竟輻照損傷雖然恐怖單手有效深度是按納米來計算的，雖然會不斷深入，如果有條件，比如來個公里級別的厚度，那肯定是可以擋住的，只不過你要算算能源成本和物料成本是不是划得來

第一壁只是眾多問題的一個，我個人現在在搞這個，稍微懂一點。其他問題，比如磁約束，目前沒見靠譜的磁約束，還有反應堆的控制什麼的一堆問題。

2017年9月7日凌晨添加

說用液態金屬加電磁約束的同學，我只問你一個問題電磁約束斷電了怎麼辦。約束效果消失？中子直接打出來？

用固體就好的多，哪怕斷電了，電磁約束失效，第一壁也能硬抗一陣各種衝擊，包括氫核的撞擊，雖然反應堆可能要大修甚至報廢最起碼不會出人命是不

很多人問這個的技術可行性，懷疑沒有進展

首先，實際的進展一直都在產生，從理論模型到托卡馬克堆型都在一步步更加完善，聚變堆早已成功運行，只是規模化的大能量輸出還達不到。對於科學項目，不是每次一有進展就在新聞上大書特書，真正的進展在文章里，在實驗數據中，事情都是在寂寞中做成的。再次，聚變堆與裂變堆比較，技術難度差距就像裂變堆和燒碳一樣巨大，從0到10和從10到1000，不能用相同的時間尺度去要求和衡量，浮躁是不能推動技術躍遷的

核聚變對於人類或者說對於人類文明的意義有多重大？可以說它是這個宇宙中文明生存的通行證，是人類走向星辰大海的第一步。這麼重要的東東，花上上百年時間來研究也不過分，聚變能源的推進不只是核聚變的推進，而是物理、材料、計算、工程等一大群科學領域中的大部分分支項目的共同推進，缺一不可，而現在就想破關收功未免太急功近利

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本來只是想看看熱鬧，沒想到這麼多曬「智商」不懂裝懂上來強答的，因為職業相關，我也說兩句吧。

現在最接近商業化運行的聚變方式就是磁約束核聚變，其中發展最遠的是托卡馬克，國內有兩家研究所和幾所高校在做這方面研究，研究所分別是合肥等離子體物理所和成都核工業西南物理研究院。磁約束核聚變研究的時間已經很長了，但因為難點頗多，不論在技術和工程上都面臨著很多阻礙，大家做的事情就是能開山就開山，開不了就繞路修過去。磁約束核聚變是通過強磁場將高溫高能的等離子體約束在一個接近真空的真空室中，給其加熱是它發生核聚變，如果我們想要發生穩定的聚變反應需要給等離子體加熱到一億度以上（只針對磁約束，不包括慣性約束和重力約束），磁場可以使等離子體不接觸到真空室，但即使如此材料還是會接收到巨量的輻射。

高溫等離子體可以看做是一種特殊的流體，想像普通的河流在流動時會產生各種湍流，高溫高能的等離子體中的湍流會更嚴重，而且其產生磁場和電場的擾動對波及整個等離子體，可能發生雪崩式的破裂，這叫做等離子體不穩定性，輕則讓內部溫度降低，重則讓等離子體撞擊到真空室損壞反應堆。

這裡涉及到的幾個主要困難是維持強磁場，解決等離子體中的不穩定現象，材料耐輻射等

現在聚變堆面臨的主要理論困難是很多種不穩定性的成因和物理解決辦法，不穩定性有很多種，每種都要搞清楚，現在大的不穩定應已經可以克服。但如果要商業運行，聚變堆必須做到很大，這就讓裡面的物理問題變得更複雜，所以這也是現在正在解決的方向之一

工程問題比較多而且雜，因為沒有先例，所以沒有擺在檯面上的解決辦法讓你信手拈來，每個問題都只能從無到有去突破，這個裝置就是拿特別多的新發明堆砌出來的，哪能一蹴而就。

最終支持一種回答，這不是能不能的事，而是什麼時候成功的事，「能不能」這個概念是有時間尺度的，現在是不能，但總要做到，即使磁約束到最後不行，也會有別的方法出現，因為這是人類文明想要在宇宙中繼續存在所必須掌握的技能。

對了，ITER項目是國際熱核聚變實驗堆計劃，89年開始，06年中國加入，正在建的ITER要達到功率增益Q=10，就是說投入一份能量產出十份能量，但如果要商用的話需要達到30，但這畢竟是前進中的一個路標。

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關於答案里的一些說法

國內拿回的聚變裝置用來做的事情就是要就等離子體不穩定性，主要是物理問題，適合的就是最好的，沒必要把有限資源投入到超過實際作用的地方，科研不是擺闊氣。還有，經費可以解決困難，雖然聽著不順耳，但事實如此，高經費可以吸引更多專業人才幾種攻克問題，即使不能攻克也可以繞過去另闢蹊徑，雖然砸錢不能馬上解決問題，但一定會加速問題的解決。

首先，持續核聚變需要滿足聚變三乘積，溫度、密度、約束時間的乘積達到一定數值才可以，密度不高溫度高也可以，這才是磁約束的理論基礎之一，磁約束的溫度要上億度才行，所以其臨界壓力等等都是沒做好基本功課上來直接想當然的唱衰。以前喜歡知乎是因為奔著滿足求知慾來的，就是這種自以為是的半真半假的言論甚囂塵上讓人難探究竟。中國的科普是做的不好，希望這個平台上的各位能為科普出力，而不是博人眼球信口開河

最後，唱衰這件事誰都能做，沒有成本，彷彿全世界的科學家和專業人員學了這麼多年都不如他們看得透徹，以前我總覺得一些言論看著添堵，現在也想開了，因為這個國家裡做這些決策的人不是他們，換句話說，他們再怎麼樣也不會影響國家朝對的方向發展，只是一群在歷史車輪下吱吱嘎嘎的沙粒。

理論鋪就的金光大道，人類走起來卻困難重重。

可控核聚變在理論上已經完全被證明是可行的，但我們就是做不出來，原因無非有三。

其一：材料問題。

材料包括耐中子、耐超高溫、超導材料，這三個材料目前每一項我們都是「湊活著用」，超導用間接的「超低溫」，而耐中子、耐超高溫則還處在「盡量提高」的水平上，如果用100為標準的話，超導項我們是60分勉強及格，另外兩項則還沒越過及格線。而可控聚變的要求是三項都要80分以上，顯然在材料上我們還差很多分。

其二：控制水平。

假如我們材料分都到80分了，那麼控制水平或者說操作水準就成了另一道鴻溝，因為我們的要求是「可控」，要保證反應的正常運行，以我們目前的技術方向，需要精確到一個苛刻的地步。這就如同打星際，當兵力科技都不高的時候，你的APM（操作強度）需要達到非常高的一個水準才能完成某項操作，然而當你科技兵力都完爆對面的時候，你只需要拉一波，然後A地面就可以滅了對面了。

其三：技術方向。

我們也想拉一波A掉這個難題，問題是我們沒的選，假如我們的磁約束能提升數十倍甚至數百倍的話，別說什麼氘氚了，直接用普通H就是干，沒錯，暴力出奇蹟就是這個意思。我們現在搞可控核聚變就像百餘年前人類造飛機，一個簡單的滑翔機都造的困難重重，但現在一個普通人網購一堆材料，花上一段時間也能造個滑翔機甚至是小型飛機，這就是科技積累，量變成質變。

總的來說，在當前的理論格局下，可控核聚變的商業化離我們還很遠，不是不能實現，而是需要我們這個時代的科技發展到極限才能完成的作品。當然如果我們更新了更高級的理論，那麼可控聚變可能只是新理論的起點科技罷了，不過在我們目前的理論框架內，這是最終極的科技點。

可以負責任地說，有生之年肯定見不到商用的托克馬克可控核聚變裝置。高溫不是問題，理論計算不是問題，現在非常清楚，只要達到高溫高壓，核聚變就會發生。溫度和材料嘛，當然可以用磁約束了。

是不是看起來很簡單，對！成功地磁約束了！持續運行了！過了2天，所有的部件突然完蛋了！變成了一堆液體和氣體和嘎嘣脆的固體，然後你的反應爐整個變成了一坨黑色的泥巴。你一查，哦，原來是因為核聚變產生的快中子和熱中子，摧毀了一切的鋼鐵、磁體、線圈、塑料，把它們全都變成別的物質了！

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所以，突破了高溫高壓難題後，最後一個需要解決的問題是：中子問題。但它是宇宙級的難題，遠遠超過了我們對宇宙的認知。我們要麼需要一個能扛中子的材料，要麼需要一個約束中子的場。請問宇宙里有什麼東西能夠在中子轟擊下完美地保持機械結構和強度？就算宇宙里沒有，請問誰能提出一個理論，該如何約束本身不帶電荷的中子？誰如果把這種材料搞出來，或者指明如何在反應堆條件下控制中子，別說什麼愛因斯坦牛頓。。。。他直接就是上帝本人，科學的時代結束了，神出現了。

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但我只說了托克馬克。其他路線我不太懂，但我覺得還未必有托克馬克靠譜。畢竟托克馬克只需要上帝幫一個小忙，其他的需要上帝幫的就更多了。

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我覺得針對一些質疑本人民科的言論吧，我也不好反駁，畢竟我就是隨口這麼一答，但是我的結論是禁得住推敲的。。討論這個問題的時候，我沒必要限定一堆條件，然後再羅列一堆名詞吧？當然ITER還是值得期待的，至於能不能成功。。。我覺得中科院可能還做得更好一點

你們鑒別民科的水平還是要繼續提高。信口胡扯的才是民科。我上面說出的話雖然隨口說出來，但每一句都禁得住推敲。不服就來辯論啊！

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（哦卧槽前面透露了專業信息，有些人已經快要猜出我的學校和專業了，趕緊隱去。）

可控熱核聚變本質上就是一個工程項目，存在技術困難，但並沒有不可逾越的理論盲區。因此在有高水平技術人才的前提下，用錢砸是能夠大大加快進度、提高成功率的。曼哈頓，阿波羅皆是如此。當然，並不是說百分百成功，比如蘇聯載人登月就沒有成功，但是如果繼續砸錢，蘇聯載人登月也一定會成功。

目前包括iter在內的可控熱核聚變項目進展緩慢的根本原因就是錢不夠。目前iter費用計劃是50億美元，作為對比，美國首艦福特航母號的研發與建造耗資137億美元。全世界投給可控熱核聚變的錢大約相當於幾部大片的票房，而所要解決的問題則是人類未來數萬年的能源問題。

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9月5日補充：

很多人對我的說法表示質疑，我再解釋一下。

首先，工程問題的成功率與投入的大小正相關。這一點應該沒有人反對吧？

其次，可控熱核聚變是工程問題，而非科學問題。因為其核心原理已經明確，但是具體操作方式需要探索，所以是顯然的工程問題。

現狀是，對於這麼一個意義極其重大的項目，投資僅僅50億美元（一筆、非每年），能做出來才怪了。對比一下，福特號航母137億美金、好奇號火星車26億美金、北京一條地鐵造價大約幾十億美金、北京一個大型小區物產也是幾十億美金量級。這就相當於給你5000塊，問你能不能做出滿漢全席。5000塊當然能做出一桌相當不錯的菜，但是距離滿漢全席還有很大距離；更何況廚師現在僅僅是理論上知道滿漢全席有哪些菜，還沒有實際操練試驗呢。

有這樣一個評論

首先，評論的頭兩個字是和知乎精神不符的。接下來，我告訴你，能造出來。

和珅抄家發生在1799年，抄家所得共2.2億兩白銀，摺合大約7000噸白銀。同一世紀，牛頓的年薪是2000磅，倫敦中間階層家庭（可類比於普通工匠或一般工程師）年收入不高於200磅。意味著和珅的家產可以僱傭7個牛頓100年，或者70個一般工程師100年。對於電子錶來時，這是一個很大的團隊了。

接下來，我們認為這個團隊已經知曉了電子錶的技術原理（因為我們討論的前提就是知曉理論後的工程實踐），他們將花費100年在工程層面上制出電子錶。電子錶的技術基礎包括：穩定電源、石英晶體、電驅動裝置、計數裝置（石英晶體加電後每震蕩32768次為1秒），我們一一過一下。

穩定電源：和珅抄家第二年，穩定電源就有了（1800年伏打電堆發明）；

石英晶體：採集石英按一定方向切割，當時的工藝可以做到；

電驅動裝置：和珅抄家後32年（1831），電磁感應現象被發現（如果考慮壓電驅動，還可以更早更簡單）；

計數裝置：當時的鐘錶技術製作出32768：1的計數裝置是不難的。

看起來可能用不了100年呢。

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可以實現。

根據目前的計劃，ITER（國際熱核聚變實驗堆計劃）2020年獲得首次等離子體，2026年進行D-T放電，2027年Q值（輸入和輸出的能量比）達到10，聚變功率達到40萬千瓦。

由於各國相互扯皮，這個進度已經推遲好幾次了，天知道會不會再推遲...而且ITER設計有許多不足，各大國都另外在搞。如我國目前是全超導托卡馬克EAST，計劃是2020-23建一個工程聚變實驗堆（CFETR）(據傳鄂爾多斯還有一個新建的非托卡馬克核聚變裝置)；美國目前是慣性約束NIF，計劃是如果2050年建成第一個聚變電站，那麼以每年0.9%的速度增加，2100年聚變能達到佔比30%

據說現在風電的測算成本是最低的，但事實上三北地區有「棄風限電」的現象，原因是發的電太多，本地消化不了，跨區長距離輸電成本高，其中的主要原因之一是線損高，等一個常溫超導的技術，同時也是可控核聚變的技術瓶頸之一。如果超導技術有重大突破,實現可控核聚變的進度就能大大加快,如果沒有,最終也能實現,但成本太高,商業化的價值就會降低

考慮中間各種損耗的成本，要具有商業化價值一般來說Q值要達到到30。目前已經實現的大都還沒超過1 ,部分方案勉強過1，ITER設計為10

CFETR對比ITER，更具有工程意義↑

我估計順利的話2030年左右實現實驗性質的成功，商業化得2050年了

「可控核聚變永遠差50年」，不過，這應該是最後一個50年了

鏈接1 中科大公開課從ITER到聚變電站：前景和挑戰強力推薦

鏈接2 科普一下核聚變，並探討其前景

鏈接3 如何評價我國EAST高約束模運行101.2 秒

如果在沙漠地帶或海上荒島建設巨大的太陽能熱電站，會不會也算是取之不盡用之不竭的能源？例如洋山港往外再填個島。

實現了啊，每個人都可以觀測，沒什麼科技含量，自然環境下都可以大量形成。我們利用的大部分能源也來源於此。

——重力約束核聚變。

早有巨佬對plasma作出精妙論斷：工程問題

所以當然可能實現，並沒有原則上的困難啊。

必須實現啊，不然沙特還是有錢支持伊斯蘭

神族之所以這麼囂張，還不是因為沙特那一票國家有石油有錢，全世界幾大國受制於能源安全，不願意明裡得罪神族，給了沙特推廣恐怖組織的空間。

目前石油中60%以上被小車消耗掉了，如果電力便宜，石油將會從能源產品退化為工業產品，沙特就會囂張不起來。

祈禱可控核聚變早日實現吧！

有興趣的，我拉你們進群討論，加vx號

提供一個新思路。可以使用可控的不可控核聚變。

例如製造一個巨大的容器（地下炸一個也可以），然後在裡面炸氫彈，炸了後產生大量熱量，釋放出來燒水做功。隔一段時間在裡面炸一個。

據說只要超導材料進步到可以在磁約束裝置中長期維持10T的磁場(現在是5~6T左右)，可控聚變商業化的問題就能解決一大半...等離子體湍流無法預言？抱歉，隨便你在裡面怎麼折騰，反正出不來...

那句話怎麼說的來著，一力降十會，是吧...

等石油大佬發話..... 這麼多石油沒賣完，能讓你研究出高效無限環保的能源嗎

針對石油發電問題

石油可以發電，只不過發電代價比其它諸如風力，煤炭發電代價要高，所以使用較少，其實石油發電效率比煤炭要高。

另外基本上所有能源最後都要轉換成電能來使用，人類不能直接儲存諸如勢能風能化學能來隨時使用，最終還是要變成電能儲存，所以一切能源只要能轉換成電能就OK，而可控核聚變就是最高效環保的方式。

至於可控核聚變裝置能否使用在日常生活中，比如磁懸浮飛車供電，高鐵飛車供電，還要看可控程度。

但是有一點，如果真的可控核聚變一旦出世，且是能大量製造建廠的，對石油能源的打擊是巨大的，對石油大佬更是一種噩夢般的存在。能源危機將是個笑話，無限能源下，是發展還是毀滅

兩個假設

1人類是宇宙或者至少銀河系第一批技術文明

2 如果假設一不成立，可控核聚變很大概率是眾多技術文明的天花板。

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看到評論里說這個假設是看三體的民科？感覺不對吧，民科大膽奔放，分分鐘永動機!估計還看不上可控核聚變，我這明顯是極端保守。

再說了三體其實和民科扯不上關係，前者科幻，目的是賣書掙錢，後者妄想。

最後費米悖論50年代就提出來了。

補充一些背景吧，

本人在中科大學習過，對此很有感情。

說起騙經費，很多人覺得過分。

其實很多時候，大家都是揣著明白裝糊塗。

當初科大寫本子的教授私底下聊過。

如果說要發展高速控制系統，上面肯定不給錢。

如果給上面畫一個大大的餅子例如核聚變，錢就下來了，掛著羊頭，就可以干一些真正的科研，用狗肉造福大家。例某個師弟可以去研究高速相機。

但是，這些都和核聚變無關，十年過去了，項目進度管理的角度看還是沒進展，還是需要在刀尖上跳舞，舞姿優美了，還是在刀尖上。

另外，沒有科學目標管理的大型項目，往往變成腐敗的溫床。

原回答如下:

看了一堆回答實在忍不住了，勉強答一下。

樓主的問題很模糊，如果問的是可控核聚變能否商業運用，進入商業電網發電。

從目前的科技水平看，沒有希望。

最重要的問題是能量產出效率的問題，目前實驗室核聚變產生的能量只是剛剛大於投入的能量。

核聚變需要形成等離子體，為了維持這一團高溫的等離子體，科研工作者想了一堆辦法，磁性約束等等。目前的方案都無法提高能效。

理論物理學家都提不出更好的方案。

國內中部某科研院所以此名目，撿了俄羅斯報廢的實驗裝置回來騙國家經費。所以國內所有媒體資料都會說好話的。

本來打算潛水，看到有人回答說不存在理論困難，只要砸錢就好。而且這樣的回答，還在知乎排前列。

一個孕婦生孩子要十個月，十個孕婦就要

一個月。這種神邏輯也敢出來答題。

開個腦洞，把不可控核聚變轉換成動能或勢能，也許工程上更好實現。

例如修個環形大管道，裡面引爆氫彈，炸得巨型磁鐵繞著管道轉圈，產生電能。然後就是不停在管道裡面引爆小氫彈，廢熱還能二次發電。

或者修個巨型水桶，把巨量水炸上天，然後用勢能發電，反覆引爆小氫彈，大水桶里的水上下翻飛，蔚為壯觀。

直接利用熱能好像更合理，巨型封閉水桶，裡面引爆氫彈，炸得水直開鍋，蒸汽就可以發電了。

沒有小錢錢啊沒有小錢錢

不過我比較納悶的是，如果有個國家但不是其他方面最強的，比如說土鱉。

率先研發出可以長期使用的核聚變發電設施之類的，世界會是什麼樣咯情況？

咦,看到有一個和自己領域這麼相關的問題就答一下吧.

哎呀看到有知友坐等就不敢拖著不答了_(:з」∠)_ .不過最近被實踐忙死了,慢慢更吧.

看到有答友似乎說可控熱核聚變不是科學問題?稍後我解釋一下,這句話其實說得有點不太對.

"永遠還有50年."

這句話原來是笑話研究聚變的科學家們總是說還有50年就能實現聚變反應堆(注意是商業化).其實用人造聚變能發電是非常簡單的事,畢竟不管是仿星器,托卡馬克,就算是磁鏡,(不好意思由於習慣,把標點符號設為恆定英文式了)我們可以給給氘氚氣體加熱到足夠聚變的程度,產生那麼多14MeV中子都可以利用啊.

但問題在哪裡呢?

自持時間短,等離子體迅速降溫,原子核沒有足夠的動能,沒法克服電勢能障礙撞到一起再聚變反應.
反應頻率不高,產生的高能中子太少,一個實驗室小的托卡馬克最後要真這樣,那個能量得到的功率可能是以千瓦時計?當然這個計算沒什麼必要.

好,現在我們知道了,聚變能是可以發電的,可控聚變也是已經可以投點錢就能發生的.當然,德國和日本可能因為協約不能使用氚會困難一點點點.

那我們要怎樣解決以上困難呢?現在我們不考慮設備的承受性的問題,從科學可行性方面探究一下.

這是 Lawson 當年提出的 Lawson 判據, , $eta$ 表示包括熱能在內跑出來的一些能量轉化為電能的轉換功率,通常計算的時候帶入1/3.

$T n τ$ 分別是下面這三個量

把等離子體的反應功率用等離子體的三乘積表示出來, 通常寫作 $nTτ$ .

這樣得到了一個不等式表現出來如上圖的Lawson Criterion線以上.

好,現在我們就可以造小太陽了!

但 Lawson 當時解出來看到數值的時候就傻了_(:з」∠)_

這個要求太高, Lawson 估摸著他這輩子看不到,於是轉行了 .

從上我們可以知道,任何不談三乘積的商業聚變能都是胡說八道,就好像輻射防護不談劑量,新聞媒體片面報導之類的.聚變領域的誇大報導也很多,畢竟記者不懂嘛.

記者:"哇塞,科學家,你們這個數值好高啊我給你們記下來,是不是要成功了?"

科學家OS:"成功個屁."

各種報導中說某一裝置數值很高時,這些裝置往往是以犧牲了其他性能為代價的.

雖然不知道這位小朋友搭的反應堆怎麼樣,但是估計以後是干科研的料了.題注如果說能不能自己實現簡單的可控核聚變,如果家裡有錢的話,應該是可以搞來玩玩的.

未完待續.

圖片源於高喆老師2016年清華工程物理系能源專家講座"聚變能離我們還有多遠"