核聚變是一條死胡同嗎？
聚變反應從提出到現在，大幾十年已經過去了 ，成效甚微 裂變技術將在未來不久成為主流嗎？聚變技術是否真的是人類不可能達到的技術。
去年有幸在法國參觀了正在建設中的ITER，座談會上ITER的工程師給我們大致普及了一下當前商用可控核聚變堆面臨的一些技術挑戰。因為我們是跨專業的聽眾，給我們講的時候多少帶點科普的性質，有些具體的技術參數我沒記錄下來。另外我這篇回答里也可能存在一些專業錯誤，歡迎指正。
（1）材料問題。托克馬克裝置運行時，反應用的等離子體溫度約 1 億攝氏度，而在等離子體周邊提供磁約束的線圈是超導線圈，運行溫度為 4k。也就是說這幾米厚的隔離層的溫度梯度要達到上億度，這對材料提出了何等殘酷的技術要求啊。實際上隔離層也是分層的，各個不同的材料層需要分別運行在 77k、室溫等溫度下。溫度梯度還只是腔體材料面臨的諸多技術難關其中之一，甚至都算不上最大的挑戰。高能中子衝擊可能才是最難應付的，在反應狀態下，內層材料會暴露在反應體的高能中子流下，普通材料幾乎是瞬間就變性失效了，可以說腔體材料所面臨的環境挑戰不亞於航天工程。具體的工程難點還挺多，比如也還有材料的氫滲透問題需要解決。
在建中的線圈
（2） 中子源。做聚變研究和腔體材料研究需要用到合格的中子源，（這裡提到了對中子源的技術參數指標但我沒有記下來），現在全球都還沒有符合指標能夠用於聚變研究的中子源，對中子源的研究也還處於初級階段。最近比較有希望的是在日本的中子源研究立項，期待能獲得突破。
在建中的主反應體
在建中的殼體
在建中的主反應體樓
（3）氚重生問題。大家提到可控核聚變的原料在海水中就有，非常豐富，這點沒錯。但實際上自然界中含量豐富的原料是氘，但是氚同位素的含量就極為稀少了。全球天然氚的總儲量約為3.7kg，商用氚的主要來源是人工氚，是利用高能中子流轟擊鋰生成的。氚的價格極其昂貴（約為每克 30000 美元）。聚變反應過程中要消耗氚，因此要實現托克馬克裝置的連續運轉，需要利用高能中子恢復消耗量相同氚。目前氚重生技術仍然面臨著重重的技術難關。
聚變主流的roadmap大概是ITER-&>DEMO-&>PROTO。期間有幾十年的時間，一堆難題，任何一步沒走好，下一步就很難實現。但是要讓聚變走入死胡同還是沒那麼容易的。需要發現根本性的缺陷才有可能會。
以前有過比較火的聚變裝置因為被發現了根本性缺陷導致被學術界冷落的。
比如說球馬克（spheromak）。球馬克也是一種磁約束等離子體。它和托卡馬克的主要區別在於：球馬克是一種self-organized plasma，因此它不需要外部磁場，裝置可以設計的很緊湊。球馬克的電流驅動一般通過CHI(coaxial helicity injection)實現。
上個世紀80年代到21世紀初，球馬克的研究還是比較火的。全球各國也建了不少裝置，比如日本大學的z-theta spheromak，馬里蘭的PS，Los Alamos的CTX，普林斯頓的S1，東京大學的TS，LLNL的SSPX等等。
規模最大，最接近聚變狀態的球馬克是21世紀初LLNL的SSPX，三重積 最高紀錄有
。作為參考，聚變堆需要
，而托卡馬克的最高記錄是JT-60U的大概
。
SSPX的實驗發現了球馬克的根本性缺陷：維持電流需要helicity injection，但是這會破壞flux surface導致thermal confinement很差。簡單來講就是：三重積裡面的 和
是根本不兼容的！
實驗結果顯示從概念上就無法通過球馬克實現聚變，可以說直接給球馬克研究判了死刑。從那之後的十幾年到現在，世界上再沒有出現大型球馬克。我所在的實驗室還在搞球馬克，不過主要是研究基礎物理現象（如磁重聯），和聚變是無緣了。
現在主流的托卡馬克是最有可能實現商業聚變的裝置。在過去的幾十年里托卡馬克的三重積提高了6個數量級。但是只要在未來的實驗中發現任何根本性的問題（類似球馬克的 與
不兼容），托卡馬克也將進入死胡同。到那時如果Tri Alpha Energy或者Tokamak Energy那些搞的稍微偏門的方向也遇到類似問題的話，聚變也許會真的走入死胡同。不過只要沒有那麼嚴重的問題的話，聚變研究應該還是會繼續的吧。
核能常見分為核裂變和核聚變，這樣往往導致大家認為兩者差不多，都是核能。實際上兩者差距很大。從原理上來說，裂變是中子轟擊重核，這個過程會有不同能譜的中子產生；聚變是輕核撞擊生成重粒子，生成中子，這個撞擊過程比較難，這也就是聚變實現較難的其中一個點。
裂變為什麼成熟的快呢，因為裂變的反應截面要大一些，只需要控制好臨界狀態，就能保證穩定的鏈式反應。而聚變這個鏈很容易斷掉。所以本質上不是物理機理的原因，是工程手段的原因。裂變要控制中子平衡相對簡單，控制棒，硼水等等，這些手段即使放在幾十年前也不算高科技。聚變商用就要保證鏈式反應，需要中子自持，氚自持，加熱，超導，穩定性控制，這些東西隨便拎出來一個在其本身行業，目前也是個不高不低的高科技。何況聚變堆還是個多子系統的集成。各個子領域的科技進步才能助推核聚變。
我以前在專欄里寫了幾篇文章，裂變存在的固有問題是核安全和乏燃料，為了解決這個問題，開始做四代堆，四代堆不比核聚變簡單多少。也是原理很成熟，實現很困難，但四代堆也還就是核裂變。
20年前，高速CCD做個千FPS就很先進了，現在隨便買個5000塊錢的市售工業CCD，千幀也不難。視覺感測能力的提升就會推動諸如自動駕駛，流水線無人檢測等等。
核聚變也是一樣的道理，要把核聚變與商用核聚變堆分開來看，原理成熟到系統成熟再到商用，路的確長，還有很多彎路。
物理東西，工程系統的東西，商用的東西，真的要區分來看，考慮到的層面和維度天壤之別。
說明一點，可控核聚變一直搞不定不是科學理論上有不可逾越的問題，而是在工程實現上有困難。
聚變堆本身的設計實不違反科學規則的，達到能量凈輸出也是不違反科學規則的，問題是在於工程上怎麼去實現設計......只是要單純的實現一次聚變過程的話......美帝的國家點火裝置已經完成過好幾次了......但是這對商用來說算是遠遠不夠的
聚變堆，終究是要用來提供能源的，就好像法國人N年前就把火車開到了500km/h，有本事你真拿來用啊？
不是是不是死胡同的問題。
是除了這條路沒別的路走了。
你不會真覺得靠化學能火箭能飛出太陽系吧？
不能飛出去不過是早死晚死的區別。。。
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