有哪些能實現可控核聚變的材料？

01-04

托卡馬克磁約束聚變裝置中，服役環境最惡劣的材料當屬面向等離子體材料，也就是直接包裹等離子體的那一層材料。

目前來看，面向等離子體材料主要有兩個比較難解決的問題：

一、輻照損傷

每個氘氚聚變產生一個14 MeV的高能中子，這個能量大約是常見的化學鍵鍵能的一百萬倍左右。所以沒有任何材料能在高能中子輻照下不受損傷。

常用的金屬材料，在微觀上都是一群整齊排列的原子，一顆高能中子打過去的效果大概類似於：

一個原子被擊跑了，它原來待的地方自然就留下一個坑（空位）。一個個這樣的原子坑在材料內部積累聚集起來，就變成了大的空洞或者裂紋。材料就很容易從這些缺陷處斷開（輻照脆性）。

同時，材料中間慢慢空了，但被擊跑的原子並不會消失，而是跑到材料中別的地方去。很多原子最後跑到材料表面上去了。原子不斷的從中心往表面轉移，材料就慢慢的像空心泡沫一樣腫起來了（輻照腫脹）。

因此，我們要做的，就是讓大部分被擊跑的原子，在它跑到表面上之前能碰上其他的坑（空位）。原子填到去坑裡去了，就什麼事情都沒有了。

我們給這個填坑的過程起了個高大上的名字，叫輻照損傷的自修復。

二、氚滯留

聚變堆是氘氚聚變，可氚這玩意人工製造難度大，價格老貴了，幾億美元一公斤。所以聚變堆中的氚都是循環利用的。類似於化學反應中的催化劑，參與反應，但總量不減少。

可光反應不消耗也不夠啊，氚還是個多動症患者，喜歡跑。它慢慢滲透到材料裡邊去。上面不是說了么，中子輻照會在材料內部打出孔洞來。氚滲透到這孔洞裡邊，覺得洞中寬敞自在不想走了怎麼辦？

辦法倒是有。你不出來行啊，我把材料加熱升溫，氚在孔洞裡面熱的受不了，就跑出來了。

但根本的解決方案，還是要減少孔洞這類缺陷。氚無處可跑，自然就待在芯部安安心心進行聚變反應啦。

答曰高溫超導材料。這個答案比較勉強，和最高票列舉的第一壁材料一樣，並不是限制可控核聚變的硬坎，只是如果有更好的材料就更容易實現核聚變（以下所說都是磁約束核聚變）。

為了給聚變堆提供強而穩定的磁場，堆外布置了很多個線圈，就是艙外的小矩形啦，它們通電流來形成磁場

為了調整裡面高溫帶電粒子群的位置和形狀，這些磁場是需要人為控制調整的，所以不能用磁鐵。

問題來了，當反應堆運行的時候，這些線圈裡有很大的電流，發熱嚴重，時間長了必然會燒啊，那麼解決辦法就是用超導體了。所以現在高端的聚變堆都是需要用超導體提供磁場。接下來的問題又出來了，現在的超導材料都需要極低的溫度，可聚變堆里溫度接近1億度，冰火兩重天啊，線圈表示我也很痛苦。可畢竟是做出來了，只不過冷卻、維護和超高費用成了很大的問題。目前也就ITER這個國際合作項目才敢有超巨大的手筆做出超大的堆體。

這就是ITER啦，下面有個人，對比下大小吧

如果有高溫超導材料，這個工程難度將降低很多很多，造價也便宜很多，那時候隨便造上幾十個實驗堆，那這個聚變堆的研究速度就上天啦

其實現在主要限制可控核聚變進入商業發電的主要原因是出於物理和工程問題。

高溫等離子體在快速運轉時，任何小的干擾都可能會因為蝴蝶效應瞬間變大，輕則導致內部溫度降低，重則直接讓等離子體破裂，高能粒子直接轟擊在材料上損壞堆體。這些不穩定性還在逐漸研究中，並且還需要找到處理每種不穩定性的方法，不然不可能實現長時間穩定的聚變反應

工程上也問題多多，從線圈的製造，艙體的製造，材料加工，散熱等等，都在尋找更優化的設計方案。可是如果高溫超導材料攻克，造價降低，那工程試驗的進展將快到飛起，實現聚變發電也將快很多

意淫就是爽啊

現在核聚變仍然遠遠沒有到實際應用的地步，不過實在不看好托卡馬克方向，不知道能不能像三體的水滴那樣，搞出強相互作用的材料做容器做個內燃機？

用做知牌如意勺的那種材料就好啦。

錢，用不完的經費

如果放開了想的話，

開發一種耐高溫一億度的材料就ok了。

跟現在內燃機一樣點火就行，還要啥磁約束嘛～(￣▽￣～)~

現在正在做類金剛石膜（DLC），聽說如果能做到50個μ的厚度，就可以做微型聚變反應容器

總覺得托卡馬克方向有點太理想化了，輻照損傷和氚滲透的問題在現有理論框架內想要解決，消耗的能源要大於產出了。

想想內燃機製造，用高溫的電爐鍊鋼或者特種金屬材料，這種材料的工作溫度肯定是要低於冶煉它的溫度的

很久以前看過一篇科幻文學有一個設想，就是用一連串的微型核爆所製造的高溫高壓當爐子冶煉一種密度遠遠高於行星系現存所有物體的材料，其物理與化學特質非常特殊，和普通金屬材料的區別就相當於鋼鐵之於木材，然後用這玩意製造聚變反應爐。

當然也非常不靠譜不過感覺很有意思

斗膽問一句，既然還是是燒開水，為什麼非要做成反應堆呢？能不能往湖裡扔氫彈？氫彈無污染（是么？好像引線有點污染）。

或者就是立方公里級的工程，「火電廠」，然後把煤爐換成核爆爐。小tnt當量的氫彈和tnt的效果的區別在哪裡？

某種耐1億度的材料（未獲得）可以約束聚變，但為什麼「無窮無盡」的水不可以「約束」聚變？

核聚變的能量太高了，只能用「場」來約束，不能指望用任何一種材料開解決問題。

問題不是出在材料上，主要是對於聚變反應的特性掌握還不夠全面。

面對等離子體材料：鎢或者鈹

結構材料：氧化物彌散強化鋼，低活化鐵素體馬氏體鋼，釩基合金，碳化硅纖維增強碳化硅

偏濾器導熱材料：銅和銅基合金

氚增殖材料：鋰基材料

中子倍增材料：鈹

超導線圈自然是用超導材料，不過不太了解

以上這些材料都只是候選材料，具體能不能用還是未知數，畢竟聚變服役環境太苛刻了，具體問題請見高票答案～

弱弱的問一句，除了磁約束....還有沒有其他可能實現的方法

在地上挖一個巨大巨深的坑，在井底引爆核聚變，井口用幾百米厚的混凝土封死，留一根巨大的管道輸出的熱能來發電可不可行？

金剛石對頂砧或者其他更堅固材料的對頂砧能否引發極微小規模的核聚變？

如果可以，那麼可以製造成類似齒輪的形狀，依靠機械裝置來控制。