可控核聚變的實現難點是什麼？
翻了一圈，講等離子體物理的比較多，但對核材料的重視程度普遍較低，我覺得有必要補chui充ge幾bi點。
費米曾說過，核技術的成敗取決於材料在反應堆中強輻射場下的行為。這句話是針對裂變堆的，但對聚變堆而言，核材料面臨的問題反而更加嚴峻。在商業化的托卡馬可聚變堆中，其第一壁材料，也就是直接面向等離子體的那層材料，需要滿足以下多種嚴苛的要求：
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1低氚滯留
最容易控制的聚變反應為氘氚反應：
但氚（T）的半衰期短，不存在天然氚。人工製造又幾乎不可能，上億美元一千克，還是有價無市。因此，聚變堆中的氚都需要循環利用：
用倍增過的中子和鋰反應，再把氚回收，這樣氚就成了類似於催化劑的存在。
但是，目前氚的消耗/增殖比很低，（記憶中為1:1.05，可能有誤），因此必須嚴格控制耗散在各個環節的氚。其中又因第一壁直接和等離子體直接接觸，算是氚滯留大戶，需嚴格把控。否則氚越用越少，直接會導致等離子體熄滅停堆。
2抗中子輻照能力
每個氘氚聚變都會產生一個14MeV能量的中子，這些高能中子能輕易擊碎第一壁材料中的金屬鍵，產生大量缺陷，引起輻照腫脹、脆化、蠕變等問題，使得材料完全沒法使用。
商業聚變堆役期中第一壁中子劑量預計超過100dpa，而裂變堆的劑量在1dpa量級，因此現有的裂變堆材料很難直接拿到聚變堆中使用。
3抗等離子體輻照
磁約束的邊界並不是理想的，第一壁（特別是偏濾器裝甲）依然要承受高通量的氘/氚/氦等離子體衝擊。這些等離子體轟入材料內部後會在表面聚集，引起表面起泡、脫落（如下圖）。一方面破壞材料的表面完整性，另一方面脫落下來的碎片進入等離子體也會造成等離子體破滅。
4低活化
中子轟擊下，許多元素都會發生核反應，嬗變成其他核素。有些核素是不穩定的，會進一步衰變持續放出輻射。這樣一來聚變反應無輻射污染產物的優勢就沒有了，因此用作第一壁的材料都是低活化材料，也就是嬗變後依然穩定不衰變的元素。
例如，一開始人們擬用金屬鉬作為第一壁材料，後來發現嬗變產物有輻射太難處理，現在都在逐步換成金屬鎢（嬗變產物是穩定的錸和鋨）。
5耐高溫耐熱衝擊
商業聚變堆第一壁的工作的溫度在1000℃以上，等離子體破滅的一瞬間更是能達到2000~3000℃，鋼材、銅材這樣的低熔點材料直接就pass掉了。另外，第一壁的任務是把熱能導出去，熔點高但導熱性不行的陶瓷材料基本上也被斃掉了。目前比較有希望的候選材料金屬鎢的熔點為3400℃。但鎢還存在塑性較差的缺點，在離子體破滅的熱衝擊下，熱應力往往會使得材料表面開裂。
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以上幾個條件滿足一個就已經十分困難了，滿足所有條件的材料目前還不存在。
所以說，革命尚未成功，同志們仍需努力啊。
可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開啟和停止，以及隨時可以對核聚變的反應速度進行控制。或者說，最簡單地比喻就是，同樣是可燃燒物質，火藥可以用來做成炸彈，因為只是利用其高能量瞬間爆發的破壞性；同時也可以摻點雜質，做成蜂窩煤，使其可以當做一個煤爐子來緩慢釋放能量，想讓它燒就燒，想讓它滅就滅，秘訣就在蜂窩煤爐子的爐門上。將這個蜂窩煤爐子的燃料換成核燃料，燒上開水，讓開水變成蒸汽去推動輪機發電，就成了一個當今的核電站的基本原理雛形了。
相比可控核裂變來講，可控核聚變的優勢在於：
- 原料易得，核聚變的原料是重水，可以直接從海水中提煉，並且地球中儲量極大。
- 核聚變的過程及其產物均不會對環境造成污染，亦不會造成核泄漏的危害。
那麼將這個煤爐子里的燃料從核燃料換成核聚變的原料的最大的麻煩在哪裡？
就在於其反應條件。核裂變需要的反應條件很弱，天然的鈾礦在常溫的自然條件下就可以發生衰變。但是相比於核裂變過程來講，核聚變最麻煩的反應條件就是——需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應。而如此高的溫度是用傳統加熱方法所無法達到的。人類研製氫彈時，對於該問題給出了以下解決方案：用核彈引爆氫彈！即通過核彈引爆得到達到核聚變反應的溫度，從而引起核聚變使得氫彈爆炸。因此氫彈內部是有一個小型核彈的。這樣的話，研究可控核聚變的最關鍵問題現在已經很明顯了，即：
- 怎麼將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度？（怎麼點燃爐子裡面的燃料？）
- 將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度以後拿什麼來裝它？（怎麼讓燃料不把爐子燒穿了？）
首先來說第1個問題，關於如何加熱的方法，從上世紀60年代開始，激光器的發明，為如何將物質加熱到極高能量這一問題打開了一條門縫。最早是蘇聯專家開始考慮使用激光加熱核聚變的原料，因為該方法能量大，而且無需與被加熱物質接觸，簡單理解就是類似於拿陽光聚焦之後點燃木屑。但是單個激光器的能量太低，所以為了解決這樣的問題，需要將多個激光器的能量聚焦於同一點。該問題看似簡單，實則非常困難。因為必須保證在短暫的加熱時間內，被加熱物體的所有方向受熱均勻，一致向球心坍縮（簡單理解就是將被加熱物質想像成一個足球，如果想要擠壓足球內部的空氣，最好的方法就是從四面八方一起用力，使其體積被壓縮。如果僅僅從兩個方向使勁，則足球會變形，足球內部的空氣被擠壓效果就會大打折扣）。這不僅需要每個激光器對準的方向控制地異常精確，也需要在這一極短的時間內每個激光器的能量大小需要嚴格控制。目前在該領域美國的研究進展是最快的，其「國家點火裝置」目前正在實驗將192個激光器聚焦於同一點。而我國的「神光三號」項目目前則正在試驗將32個激光器聚焦，下一步目標是48個。
我國研發的神光3號慣性約束核聚變激光碟機動裝置
我國研發的神光3號慣性約束核聚變激光碟機動裝置
現在再來討論第2個問題，我們拿什麼來盛放這些物質。上億度的物質足夠燒毀任何與其相接觸的東西，那麼就算能將這些反應燃料點燃，又能拿什麼來盛放它？「超導托卡馬克」裝置的研製就是為了實現能將上億度的物質存放於其中的目的。具體的基本原理在高中物理課本就有提到，是通過將這些物質約束在一個密閉的環中使其高速旋轉，來將其固定在一個密閉的空間中，從而實現了變相的盛放。如果感興趣的話網上關於該裝置的資料也有很多。
我國自主研發EAST超導托卡馬克實驗裝置結構示意圖 （來源：
我國自主研發EAST超導托卡馬克實驗裝置結構示意圖 （來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%88%E8%BF%9B%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%89%98%E5%8D%A1%E9%A9%AC%E5%85%8B%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E8%A3%85%E7%BD%AE）
如果這兩個問題能夠得以解決，則其他問題大體可以迎刃而解——但是目前還有一個更加嚴重的問題，那就是這兩種分別針對兩個難點的方案，完全沒有辦法使其結合起來！由於神光三號屬於慣性約束過程，需要聚變物質靜止於指定的標靶位置等待加熱，點燃，而超導托卡馬克裝置則屬於磁約束過程，如果聚變物質靜止下來，則無法在磁場中受到相應的洛倫茲力等作用從而被約束在一個指定的密閉空間當中。所以這兩種方案只能在對一個問題的解決佔有極大優勢的情況下想辦法去解決另一問題。
就目前來看，更加現實的研究方法是想辦法在超導托卡馬克系統當中，加熱其中的等離子體，從而壓縮核燃料的密度，提高其溫度，從而引發核聚變。而在目前的實驗條件下，能夠一直維持這樣高溫高壓狀態的持續時間，甚至還不足以引起核聚變。
另一方面，神光三號對於如何防止燃料燒穿的研究則更顯得沒有誠意。目前的方案是在極短時間內將上百個激光頭的能量全部打到一個極小的，裝有核燃料的標靶上，製造一次極小的核聚變，從而在瞬間將該核聚變過程完成，並釋放大量能量。等效於通過一次又一次，製造極小的微型氫彈爆炸，在爆炸威力不會對儀器產生太大影響的前提下，來釋放出標靶內核燃料的能量。但即使是這樣，目前來看還沒有什麼辦法能在如此短的時間內充分吸收如此多的能量——當然了，由於目前連「將多顆激光器聚焦於同一點」這一看似更簡單的問題都還未得到攻克，現在這個看似更大的問題也還沒有看到相應的進展。
最後，包括《鋼鐵俠》在內，還是有科學家相信，對於核聚變來說極高的溫度並非是必要的反應條件。
如果真的存在不需要上億度的高溫即可製造核聚變的過程的話，以上這些討論就都不再有意義，那時核聚變發電就如同今日的核裂變發電一樣簡單，甚至要比當今的核電站更加普及，更加受歡迎。因此，關於「冷核聚變」，一批又一批的人向其發起挑戰，試圖證明其真實的存在。雖然到目前為止，還沒有任何證據表明即使是在更低的溫度下，核聚變過程依然可以發生，可面對巨大的利益誘惑，近幾十年來還是不斷在有人宣稱自己的研究小組實現了 「冷核聚變」——只是最終都被證明是騙局罷了。
P.S. 對於此問題本人屬於半個門外漢，所以如果有問題請及時在評論中指出，我會做相應的訂正。非常感謝遠山兄（@劉遠山）熱心地幫我找到了一些資料，對我幫助很大，也希望大家能夠提出更多的意見，讓這個答案對更多的人能有所幫助。謝邀！宏觀上來看，難點就是同時實現高溫高密度和長約束時間（Lawson criterion），這一點 @夏曉昊的答案中已經寫的很好了，我在這裡就寫一些更具體的內容以作為補充吧。我的答案主要針對托卡馬克方案，即用磁場約束等離子體以實現聚變的方案。
第一方面的難點是物理理論上的。雖然等離子體的運動無非就是麥克斯韋方程組就可以完全描述的，連量子力學都用不到，但是因為包含的粒子數目多，就會遇到本質的困難，此所謂 「More is different」。正如在流體力學裡，我們雖然知道基本方程就是Navier-Stokes方程，但是其產生的湍流現象卻是物理上幾百年來都攻不下來的大山。等離子體同樣會產生等離子體湍流，因為有外磁場的存在甚至是比流體湍流更複雜一些。於是在物理上，我們就沒有辦法找到第一性原理出發找到一個簡潔的模型去很好地預測等離子體行為。我們現在所能做的，很多時候就是像流體湍流的研究那樣，構建一些更加偏唯像一點的模型，同時發展數值模擬的技術。
第二方面的難點是物理實驗上的。即使沒有第一性原理出發的理論，很多時候唯像模型也可以非常實用，比如說現在流體湍流的模型就可以在工程上很實用。但是等離子體實驗的數據可並不像流體那麼好獲得。從理論上我們可以知道，托卡馬克里的高溫高密度等離子體會有非常多的不穩定性，如果伸進去一根探針進等離子體中心，那立刻就會激發起不穩定性於是整個等離子體就會分崩離析。基於這個原因，實驗觀測的手段就會很受限制。這也就是為什麼我們不說「等離子體測量」一詞，而是使用「等離子體診斷」，因為這的確就跟診斷病人的病情很像。
基於以上兩點物理上的原因，可以說我們沒能很好地理解托卡馬克里等離子體的運動，因此對裝置的設計就沒有那麼給力，只能慢慢發展慢慢改進...實際的歷史進程就是，實驗上發現一種不穩定性，然後理論在之後的幾年裡爭取理解它，然後想辦法改進設計去抑制這個不穩定性。但是抑制了之後，約束改進了，又會在實驗上發現更小時空尺度上的不穩定性，於是再理論去理解，再改進設計，循環往複...我們的確是在不斷進步的，只是需要時間。
第三方面的難點是工程上的。從理論上我們現在知道，如果想要達到聚變的點火條件，那麼在工程上我們需要在足夠大的體積內產生足夠強的磁場（約為10T）。而現在人類能實現的最大穩定磁場大概也就是10T那樣一個量級了（我一直在想如果人類能做到比現在大十倍的磁場的話，可能我們早就用上聚變能了...）。產生這麼大的磁場的電磁鐵，一定是需要巨大的電流的，而巨大的電流就會發熱，發熱了之後就會把材料自己燒掉...所以現在正在建的最大的托卡馬克工程ITER就是採用的超導線圈的方式，這的確是解決了發熱問題，但是線圈想要維持超導，就需要極低溫，通液氦浸泡。所以你可以想想這樣一副場景么：在一個房間里，內部溫度是一億攝氏度的超高溫，牆壁溫度是幾開爾文的超低溫...工程上的實現難度可想而知。
最後一方面的難點...是經濟上的...做那麼大的超導電磁鐵，得花多少錢哪。。。於是現在最大的托卡馬克工程ITER就根本不是一個國家在做了，而是7個國家一起出錢合作的，目前老是超預算（一超就是上billion美元的），於是不斷延期。。。美國這邊，因為投錢去了ITER，不光已經沒有預算在本土建新的托卡馬克了，就連老的也開始關門大吉了一些...我們這苦命的專業啊...
不過我對聚變的看法還是積極的。雖然現在美國沒錢了，但是似乎中國還是既有錢又有激情來做聚變的。小道消息稱中國在近期將要自己做一個本來計劃在ITER之後建的DEMO裝置，中國人民勤勞能幹，很有可能比ITER先完成。按照經驗規律，如果按照他們說的指標建起來的話，實現點火應該是沒問題的。我們就這樣一點一點製造更大的裝置，發現新的問題，理解新的物理現象，再改進裝置的設計，聚變能的到來並不是天方夜譚！
//來自 受控核聚變的難點在哪裡？我是學機械工程出身的，現在做的是聚變堆的機械和材料專業，因此核聚變的具體到所有學科的難點不算太清楚，尤其是物理一無所知。但是就總體上來說，因為聚變的很多特性，人類第一次遇到了一個跨越大到幾乎涵蓋所有學科的問題。需要的是物理，材料，機械，電力，加工，生產。這是現階段最大的難點，知識無法整合，有快有慢，行業間的合作不能齊頭並進。
過去很長一段時間，聚變研究是物理學家為主力，結果是甩開其他學科，很多設計工程上無法實現，只好退回來再做工程方面的研究，接著又帶動別的學科很多問題。因此，反應堆的概念早就設計好了，點火也早就實現了，但是反應堆的建設還在實驗階段，核聚變的規劃也一拖再拖。簡單的說就是很多東西設計出來但是做不出來，工程上不能實現。像我們這些科研上搞機械的就是近十多年才被慢慢拉進來的。
給大家看一個Symposium on Fusion Technology (SOFT) 2014的科目分類列表，互相交叉的很少，都是隔行隔山：
A. Experimental Fusion Devices and Supporting Facilities （實驗性聚變設備和輔助設施）
B. Plasma Heating and Current Drive （等離子加熱和電流驅動）
C. Plasma Engineering and Control （等離子工程和控制）
D. Diagnostics, Data Acquisition and Remote Participation （診斷，數據採集和遠程參與）
E. Magnets and Power Supplies （磁體和供電）
F. Plasma Facing Components （等離子直面部件）
G. Vessel/In-Vessel Engineering and Remote Handling （真空腔體/腔內工程和遙控機械臂）
H. Fuel Cycle and Breeding Blankets （燃料循環和燃料再生層）
I. Materials Technology （材料學）
J. Power Plants Safety and Environment, Socio-Economics T. （電廠安全和環境，社會經濟學）
K. Laser and Accelerator Technologies （激光和加速器技術）
我的專業就是在研究怎樣連接托克馬克堆的一個關鍵部件（Divertor），是一個plasma facing component （PFC）。儘管還在論證，釺焊似乎是能用在聚變堆里比較合適的方法。釺焊這個技術人類用了幾千年了，工業化至今對這種焊接方法的基礎研究非常少，應用和設計也很有限。在對結構進行不斷優化的過程里發現釺焊在聚變反應堆里很有優勢，因為聚變反應堆中很多複雜的結構大量使用脆性的耐火材料。因此，我們又開始對一個應用了很久的技術進行理論研究，發現原來很多東西我們壓根不知道是怎麼回事，以前就這麼用著沒人在乎它為什麼。工程和基礎研究很大的不同就是這樣，工程要能做出來產品，什麼方法做出來它能用，而理論要求知道為什麼它能被做出來，做出來為什麼能用，怎麼做出來才導致它能用。
把這群從這群來自不同國家，代表不同勢力的物理學家，材料學家，機械工程師，電力工程師全部湊在一起搞科研就是一個很大的難題，更別說大家都是在自己的道上走不下去了才去找別人。
想要獲得這種取之不盡沒有污染的神聖能源路還很長。當年目標是2020年建設成功產出＞10 x 輸入的可靠運行實驗性反應堆ITER，12年宣布最早日期是2040年。以ITER的成功基礎設計優化的的商用試用型核電站Demonstration (DEMO)原定2050年，沒人知道還要多久，至今連沒有缺陷的反應堆部件還焊不出來。
看到本專業問題，實在忍不住發下知乎第一帖。不懂規矩或者跑題大家見諒，邀 @孫武@physixfan 幫忙「審稿」吧。。。
前面各位大神講了很多了，但我覺得基本上都是等離子體專業的問題，雖然我學的也是等離子體。但是既然題目說的是可控核聚變，從應用的角度看，聚變工程的實現遠遠不是靠我們等離子體的就能解決的。所以根據聽到的一些報告談談自己的理解吧。當然我說的都是關於現在看來最有希望的托卡馬克。
等離子體最大的問題就是約束，怎麼實現高溫高密度的長時間約束前面答案講的很多了。但是現在我們對真正的燃燒等離子體，也就是實現了聚變穩定燃燒的等離子體物理可以說知之甚少。等離子體的約束困難根本原因在於其極高的自由能，而一旦聚變產生，新的alpha粒子（能被約束的聚變產能）帶來新的更高的自由能，會產生新的不穩定性破壞約束，這個方面是現在等離子體研究很熱的方面，關注如此高說明我們對這個問題的重視和不理解。還有就是排出等離子體中He灰（alpha粒子能量降下來了就是He灰，這個跟燒鍋爐剩下灰差不多，不排出去就燒不下去了）。排灰就是要減弱約束，使He灰比質量電荷能量都接近的氘氚更容易排出來，這與我們追求等離子體的高約束是恰好背道而馳的，就是說我們必須找一種運行模式，約束既要很好使氘氚保持高溫高密度，又要不是那麼好使He灰能有效的排出來。所以聚變等離子體的主要任務就是實現對等離子體的約束與控制，這個方面現在看來還是樂觀的，我是這麼覺得的。
但是要實現可控核聚變遠遠不止等離子體的問題，工程上的先不說。非等離子體專業的問題中有兩個最難解決，首先是氚自持，也就是說現在聚變反應需要不斷的提供氚，但是氚並非是自然界有的，需要中子與鋰反應產生，產生的氚如何能比聚變反應消耗的氚更多這個問題現在遠達不到樂觀。（現在全世界的工業產氚只有幾公斤，甚至不能滿足ITER一年的需要，這僅僅是一個聚變試驗堆，所以必須靠聚變堆產生的中子自己產氚。）
第二問題是中子輻照的問題，或者說是聚變堆的核安全問題。不同於裂變堆有一套完整的核安全和防護等技術標準，關於聚變堆的核安全研究才剛剛起步。剛剛接觸聚變的人會聽到聚變沒有核輻射的宣傳，但是不可否認的是氘氚聚變會產生中子，而材料被中子輻照就會產生放射性問題，有了放射性就必須考慮放射性的屏蔽等等複雜的問題，所謂的聚變更安全現在還只能是相對裂變而言的。同時中子輻照還損傷材料，使器件達不到設計要求。
所以我想補充的是，可控核聚變要實現確實很難，特別是對於真的發生持續的核聚變後，我們的裝置還能不能正常工作不是一個僅僅靠等離子體專業的人就能夠解決的問題，還需要材料、核物理、工程各方面的科學家大力支持。
前面北大的師兄（我還以為p大霧院都是學理論的呢……）說的很完整了，我以一個本科剛剛進入這個領域的角度說一些我知道的吧。
首先，可控核聚變的思路有數種，國際上認知度最高的應該是托卡馬克…原理類似的還有仿星器等…然後反場箍縮的實用性似乎不高。慣性約束好像都有那麼一點掛羊頭賣狗肉的感覺…
前面的那位PhD師兄提到了托卡馬克的湍流問題，其實湍流問題的硬碰硬應對方法就是超級計算機，以前用CPU算，現在用Tesla算，有限元的階數往上加，網格細分往上加，時間步使勁減。。。然後就是各種超級計算機的誕生。其實高溫等體計算和軍事上流體計算很像的，就多了一些方程。
然後根據我一點點了解，慣性約束研究中軍工成分大於民用。鄙校慣性約束相關的老師應該做的軍用項目多一些。因為自從簽訂了禁止核武器實驗條約，核武器實驗就是個問題……一邊是模擬，一邊是靠激光來提供模擬核爆環境……
慣性約束的計算應該還要複雜一些，因為涉及到很多非線性的現象……非線性根本就是吃計算量的無底洞，請各位參照「三體問題」，上海交大的Pi計算機就是拿來算慣性約束的。
至於美國最新能源部的那個「點火」，似乎是為了贏取國會信任的一種危機公關……沒有任何實質進展（課題組老師說的）。
其實不少關於聚變的國際會議開了，主題就是：沒錢………這玩意是把鈔票當什麼燒的…不過對於這個投入其實各國政府還不是很有力…,east的造價遠不如一架B2戰略轟炸機……問題是「五十年」以後出成果的東西誰會願意舉國之力跳坑…何況現在頁岩氣啊什麼新能源也不錯啊。至於錢老那套使用核發動機完成恆星旅行的理論……早被扔到爪哇國去了（所以有時候你會發現冷戰還不如繼續下去）
來個真正靠譜的可控核聚變，只要你們敢玩：
找一塊空地,不斷的進行小型核爆來發電，靠譜嗎？ - 江城雨的回答
蘇聯和美國在六七十年代核研發高漲的年代都討論過這一方案，最大的風險可能是核擴散的危險會很大：
- 為了控制爆室規模和安全係數並且保證產能平穩使用的氫彈規模很小，按下面的計算一年炸個一千多枚氫彈正常，並且才解決一個中大型城市的供電問題；
- 像這樣全球一年至少炸個十來萬枚氫彈哪怕百分之一的引爆裝置泄露（小型化核彈）也夠摧毀/污染掉地球上一半的規模城市；
- 並且從爆炸產物里回收寶貴的核裂變引爆材料什麼也是很大的困難。
當然這樣簡單粗暴的方案比現在計劃中的可控核聚變現實性要高很多，不管怎麼說，我下半輩子的能源問題有指望了。
5. 用於核爆氘能能源
人們預測，核電、石化能和太陽能，將是解決21世紀能源問題的三大支柱。核電目前已佔世界總發電量的17%，美國核電已佔本國總發電量的21.7%。但靠裂變反應的原子能電站也面臨著裂變材料的枯竭問題，鈾-235所能利用的時間不會比石油的供應時間長，大約最多能維持使用幾十年。世界能源不可能完全依靠裂變來解決。聚變能源尚有更多的技術障礙需要克服。人們在研製核武器過程中，自然會想到能否把核爆炸釋放的能量安全地轉化為電能，並且在利用過程中不會出現放射性污染，儘可能少用或不用放射性裂變材料和氚。1977年，蘇聯科學院院士А.А薩哈洛夫在紐約發表的《核能與西方自由》一文中，曾把解決聚變能源的希望寄托在地下核爆炸爆室里。九十年代初，在中俄和平利用核爆炸雙邊討論會上，曾提出了利用地下「純聚變」核爆炸建造地下聚變電站的大膽設想。設想如圖6.4所示。
圖6.4 地下聚變電站迴路示意圖設想中的核爆炸發電，其基本技術要點如下：
在地下大空腔中反覆進行爆炸，重複使用。例如要建造一個10^6千瓦的地下核爆電站，聚變放能大於 90%，則可在地下建一個半徑為68～80米的爆洞。擴大爆洞空間還可以減弱衝擊波對洞壁的破壞效應。 設計經濟合算的核裝置，最好不用氚和少用裂變材料。核裝置要有儘可能高的聚變份額，同時要求系統對 氚、鈈、釷?233有較高的增殖因子。
全俄技術物理研究所已設計出只燒氘的核裝置，可達3萬噸TNT當量。 實際上初選核裝置一般小於萬噸為好。
核裝置在洞內反覆爆炸，每次爆炸時往洞中噴液態鈉約2～4萬噸，以吸收大量爆炸能降低洞中溫度，且顯 著減弱衝擊波強度。鈉作為工作介質，還要參與熱交換。 建立核燃料回收系統，回收氘、氚、鈾、鈈、釷等核材料，以保證核燃料的循環使用。
由上可知，地下核爆電站一般由爆洞、核裝置生產廠、核燃料回收廠和發電廠組成。爆洞與鈉循環系統構 成核爆電站的第一迴路。如何降低爆洞工作溫度和衝擊波的破壞作用，這是設計的關鍵問題。一般熱載體為 鈉和鉀的混合物，熱端可達620 C，冷端可達50 C。可選用不鏽鋼作內襯，以花崗石作基岩。對於萬噸以下 的核爆炸，80米半徑的爆洞洞壁的抗壓安全係數大於10。
1998年10月《核爆氘能能源學》的中譯版一書中，推薦建造實驗室型核爆燃燒鍋爐的參數如下：
- 核裝置約3千噸TNT當量。
- 爆炸頻率，原理試驗可為1次/月。如果發電能力120～240萬千瓦，可選擇10千噸TNT當量的核裝置，爆炸 頻率每天6～12次。
- 爆室高度約130米，內半徑約40米，體積約5×10^5 立方米。
- 熱載體混合物Na+K，T ≈620 C，T ≈50 C。
- 循環質量約26千噸，總質量為75千噸。
- 混凝土體積為1.2×10^6 立方米。
- 鋼質量約250千噸。
科學家認為建造核爆電站技術上和工程上沒有不可克服的障礙，投資強度不會超過我國大亞灣一座90萬千 瓦的核電站的投資額度。核爆電站消耗的僅是自然界中儲量豐富的氘、鋰和天然鈾，因此，核爆電站是取之 不竭的燒氘新能源。 當前和平利用核爆能源的最大障礙，是懷疑會不會造成核擴散和帶給人類社會不安定因素。但是隨著時間 的推移，不可避免地出現能源匱乏，人類終將清醒地用理智思考和妥善解決能源枯竭的問題。核爆發電問 題，可以在建立和加強廣泛而嚴密的國際監督機制的基礎上，控制其消極因素，為造福人類服務。
開發「核爆炸」的另一面——中國工程院彭先覺院士
核能的和平利用已經為我們所了解可能我們身邊每天用的電就是利用核能產生的。現在,威力無窮的核爆炸同樣可以為我們利用,而且可能就是在不久的將來。目前國際上已經開展了利用核爆炸發電的研究,對於核爆炸我們到底該如何利用?是否該懼怕核爆炸?為此我們採訪了一直致力於核爆炸研究的中國工程院彭先覺院士。科學中國人:利用核爆發電的研究是何時開始的?現在進展的如何?彭:早在60年代,美國LANL(洛斯阿拉莫斯國立實驗室)就提出了Pacer計劃,使氫彈在大鹽洞中爆炸,產生威力1萬噸級,當時並未考慮核燃料和循環問題。80年代末至90年代初,美國LLNL(勞倫斯利弗莫爾國立實驗室究)的A Szoke,R.W.Moir提出新的和平利用核爆炸能源概念,爆炸裝置威力2kt左右,用熔鹽作工作介質,並實現核燃料的循環90年代,俄羅斯全俄技術物理研究院ГА.伊凡諾夫等人於1997年發表了《核爆氘能能源學》一書,對核爆能源問題作了較全面的分析和討論。我國1993年在A... (本文共4頁) 閱讀全文&>&>
權威出處： 《科學中國人》2005年06期
謝邀。
參見我的文章《科普核聚變》知乎專欄和《科普核聚變補遺》知乎專欄。
核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程。可控的核聚變就是可以人為控制利用核聚變發出的巨大能量，方式主要是磁約束和慣性約束。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產生的強大磁場，把等離子體約束在很小範圍內以實現上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近·，但要達到工業應用還差得遠。按照現有的技術水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。另一種實現核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發，受它的反作用，球面內層向內擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束）。
核聚變大家基本上都知道是什麼東西, 就是重氫在高溫高壓下聚變為氦,同時釋放能量的過程.
這個高溫高壓最常見(喜聞樂見?)的方式就是通過引爆一顆原子彈來獲得. 因此氫彈的爆炸過程實際上就是:常規化學爆炸+原子彈裂變爆炸+重氫聚變爆炸 (因為原子彈引爆也有前提要求, 通常通過常規化學能爆炸來使得多塊鈾或鈈聚合超過"臨界質量")
但是要想用來發電, 這麼粗暴的方式顯然是無法實現的.
"可控核聚變"需要達到的就是讓重氫聚變在一個可以控制的方式下進行, 從而達到利用其能量的目的(真拗口, 像是以前的政治課)
目前地球人的控制方式就是用激光來引發核聚變(看上去就很耗電的樣子), 然後用超強磁場來控制聚變的範圍.
因為核聚變反應的溫度至少在5000萬度以上(取決於原料), 在這個溫度下沒有任何已知的物質還能保持固體形態, 所以最大的問題就在於"用什麼容器來反應"?
就像蒸汽機有蒸汽爐, 內燃機有汽缸, 它們都是用來約束能量的容器, 然後才能將能量引出加以利用. 如果核聚變沒有容器, 那也就無法加以利用.
因為在如此高溫下的物質都是等離子形態, 所以就可以用磁場加以約束, 並且磁場強度要非常非常大才能舒服住這些高能粒子, 所以不得不採用超導線圈才能實現. (這個更耗電啊)
所以, 可控核聚變本身也是個很耗電的東西. 它所要實現的第一個目標其實就是能量平衡(你輸出的電能先把自己要消耗的給抵消, 剩下的才是發電呀)
大概只能最後只能弄到太空去做聚變發電了。那裡空，大，冷，安全的很啊
有興趣的同學查查，神光和nif.....年初nif實現了增益大於1.好消息...
可控就是想停就停，難點是沒找到在燃料燒完前停掉的辦法。
核聚變這個就不需要說明了,可控就是可以人工控制,比如核聚變的啟停,核聚變功率輸出等,現在的基本可控都做不到(能啟停),完全可控(功率控制)更遙遙無期.不過我相信人類遲早攻克這個問題.
核聚變的優點對於人類來說是最方便最廉價,無污染的一種能源獲取方式,並且原材料可以說無窮無盡,地球上就有大量的重水資源,在柯伊伯帶更有無數的原材料,甚至太陽系中的木衛二上就有海量的水資源.
原材料的普遍性可以讓可控核聚變作為人類幾乎取之不盡的能源!
可惜,可控核聚變的條件太苛刻.我們的太陽就是靠壓力主導的核聚變來給太陽系帶來光和熱，其中心溫度達到1500萬攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應，而地球上沒辦法獲得巨大的壓力，只能通過提高溫度來彌補，不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變如此高的溫度沒有一種固體物質能夠承受，只能靠強大的磁場來約束。此外這麼高的溫度，核反應點火也成為問題。不過在2010年2月6日，美國利用高能激光實現核聚變點火所需條件。中國也有「神光2」,「神光3」等將為我國的核聚變進行點火。
可惜只能實現點火,但是無法作為能源使用,無法做到可控.
目前沒有任何已知的物質可以承受這樣的高溫(如果有足夠的壓力也可以獲得核聚變,可惜這個對人類來說更不現實,恆星的核聚變就是由壓力主導的,人類只能通過提高溫度來代償.).也就是說,人類沒有能給核聚變一個可供其安然反應的"爐子",目前可行的方案是超導托卡馬克,超導托卡馬克和提供高溫的方案的高能激光裝置不融合.
道路還很漫長!
謬誤之處請包涵.
補充:
高壓引發核聚變的原理是物質被緊密壓縮,讓原子核之間的界限被打破,從而發生核聚變.(恆星等星體主要是由壓力來引發的核聚變,當然高壓也能提供高溫,隨著壓力升高溫度也升高,不過壓力是主導);
高溫引發核聚變的原理是:溫度,我們都知道溫度是物質基本組成部分的分子或者說原子的運動的劇烈程度,溫度超高的話就說明分子運動的程度超極劇烈,它們甚至會發生對撞,超過核子的界限從而引發核聚變反應,人類的氫彈主要就是這種原理引發的核聚變.
總之核聚變需要足夠的壓力或者溫度.壓力按照現在的人類科技水平達不到,溫度能達到但是缺無法控制.
之前的答主都從等離子體物理，中子動力學等回答了。
我要在此基礎上補充一點:
現有技術搞出的聚變電站沒有經濟價值。
據估算，現有技術及其升級版搞出來的1000MW級電站，其單位電價是裂變堆的2倍，火電1.75-3倍，水電2.5-4倍。當單堆功率達到5000MW時，才與裂變堆相當。這麼大堆放哪都難以消納。
通俗說法：
1、可控
就是可以讓聚變反應持續的釋放能量。不是像氫彈那樣，一報而銷。
2、難點
核聚變的條件就是讓聚變粒子足夠接近。
現在的通常做法是讓聚變粒子獲得最大的動能，並約束到一個足夠小的空間內，最終的目的就是讓聚變粒子最大程度的接近，直到達到聚變條件。
不可控。
難點在於根本不知道能不能實現。第一個做出原子彈的很困難，第二個就要容易得多，因為他知道投入一定是有產出的。
慣性約束的挑戰是
1. 原料製作精度要求非常高，幾乎是完美的球形。2.點火間隔太長。
磁約束的挑戰是radial energy and particle loss across magnetic surfaces.
這個問題展開太長，不過有以下幾個方面影響(針對tokamak)。
1. MHD activities
2. 環向對稱破缺(環向場線圈非連續，magnetic islands with low m number....)導致的環向等離子體黏度的增大和banana orbit的破缺
3. Turbulence (邊界)
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加熱已經不是問題，我們有ECRH, ICRH, NBI。現在的問題是輸入的能量很快就跑了。
暫時想到這麼多，以後想到再補充。
要讓原子核fuse到一起, 需要克服原子核之間巨大的排斥力(Coulomb barrier), 為了產生這個條件需要將輕元素如he, D, T, Li, Bo等加熱到足夠高的溫度, 高溫下材料傾向於爆炸和擴散， 要維持並將燃料約束在一起而不讓他們各奔東西很困難。
磁約束有時間問題， 中子輻射問題
ICF / 脈衝激光 有時間問題， 能量不足的問題
DT反應的中子輻射很強
比DT更重的無中子反應有x-ray輻射能量損失的問題
參考:
Thermonuclear fusion
Nuclear fusion
重離子慣性約束核聚變的研究近況
我國超導托卡馬克的現狀及發展----中國科學院
Proton-boron nuclear fusion returns to spotlight
Record proton-boron fusion rate achieved
Fusion reactions initiated by laser-accelerated particle beams in a laser-produced plasma : Nature Communications : Nature Publishing Group
Plasma Focus Fusion
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