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“氫彈”和“鋰彈”

氘是氫的一個穩(wěn)定同位素，豐度為0.0156%，可以直接從水里通過分解等常規(guī)工業(yè)手段提取。氚具放射性，半衰年為12.43年，因此需要人為“現(xiàn)用現(xiàn)造”；一般生產(chǎn)途徑是用中子撞擊鋰的兩個主要同位素（鋰-6和鋰-7）。目前最常見的生產(chǎn)途徑是利用核裂變過程產(chǎn)出的中子觸發(fā)鋰的聚變，不過由于氘氚反應(yīng)本身也會產(chǎn)生中子，隨著未來的持續(xù)研發(fā)，或許可能實現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)”。

相較更出名的核裂變，核聚變產(chǎn)生的核廢料一般半衰期極短，即很快就消失，且由于需要極高的溫度和壓力（核裂變一般只需要幾千度，在正常氣壓下亦可持續(xù)），反應(yīng)堆出現(xiàn)任何意外情況，反應(yīng)會立刻自動終止，基本不存在核泄漏的風(fēng)險。兩者的碳排放理論上均為零，都被認(rèn)為是“清潔能源的未來”，不過核聚變由于沒有核裂變的負(fù)面包袱而相對更受青睞。

核裂變的發(fā)生原理是因為如若較重的原子核分裂，新生核子質(zhì)量也會不及原來核子質(zhì)量。

核結(jié)合能，從輕重兩端“往上走”釋放能量，頂部的鐵（Fe）“最穩(wěn)定”

不過，這些較重的原子只可能在恒星爆炸過程中產(chǎn)生，分布較少，因此燃料有限。此外，雖然核裂變的能量密度極高，常用于一些需要極高能量密度的航天應(yīng)用，但是其能量密度遠(yuǎn)不及核聚變：每公斤鈾裂變大約產(chǎn)生80萬億焦耳的能量，但是每公斤氘氚聚變大約產(chǎn)生340萬億焦耳的能量。

這也是為什么氫彈比原子彈威力更大；全球目前威力最大的“沙皇炸彈”就是一個典型的氫彈，威力超5000萬噸爆炸當(dāng)量。原子彈的工作原理相對簡單，一個觸發(fā)機(jī)制引爆核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。氫彈則需要上述核裂變反應(yīng)發(fā)生，誘發(fā)核聚變反應(yīng)；實際上，大多數(shù)當(dāng)代的氫彈中，只含少量的氫原子，大多數(shù)核聚變?nèi)剂蠈嶋H上是鋰，通過吸收核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的中子迅速聚變?yōu)楹司圩內(nèi)剂稀Ｓ行┤松踔练Q，“氫彈”實際上應(yīng)該改名“鋰彈”，才能更準(zhǔn)確的反應(yīng)其中儲存的核聚變?nèi)剂稀?

氫彈爆炸過程（圖源：中國工程物理研究院）

“氫彈”于1952年首次引爆，然而用核聚變產(chǎn)生能量的研究就復(fù)雜多了，因為氫彈是通過核裂變帶來的威力才能在一瞬間維持核聚變反應(yīng)；雖然核聚變釋放的能量遠(yuǎn)超核裂變所投入的能量（Q達(dá)數(shù)十），但這一反應(yīng)顯然是不可控的。

在和平核聚變研究的開始，科學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)無法輕易復(fù)制太陽或氫彈中心的條件，因此有些科學(xué)家提議，是否可以直接從氫彈提取核聚變能量？美國在1970年代一度研究過“PACER項目”，即在地下鹽丘中連續(xù)引爆氫彈，通過產(chǎn)生的熱能發(fā)電。不過，該項目因“巨大的技術(shù)難度”、“公眾對此的潛在反對”以及“沒有價格優(yōu)勢”而在1975年被叫停。

一定程度上，“慣性約束聚變”與氫彈的原理有些相同之處。兩者都是利用外來的能源，“脈沖式”瞬間“點火”核聚變反應(yīng)，希望在核聚變溫度條件成熟，而燃料尚未散開的短暫窗口期間，產(chǎn)出超出投入的能量。“慣性約束聚變”由于規(guī)模更小，這一窗口也就更為短暫，因此此前一直無法突破Q>1的界限。

此外，許多航天機(jī)構(gòu)還多次研究過核脈沖推進(jìn)，即通過持續(xù)的核反應(yīng)快速高效加速航天器。英國星際學(xué)會曾在1970年代提出“代達(dá)羅斯計劃”，利用“慣性約束聚變”，將一個無人衛(wèi)星50年內(nèi)飛經(jīng)距離地球6光年的巴納德星。美國國家航天局也曾在1980年代研究過“Longshot計劃（‘孤注一擲計劃’）”，也利用“慣性約束聚變”，將一個無人衛(wèi)星數(shù)十年內(nèi)送抵距離地球4光年的南門二。兩個計劃目前都沒有得到任何政府的重視。

目前核聚變研究基本上都使用技術(shù)要求最低的氘氚反應(yīng)。放眼未來，“簡易程度”僅次于氘氚反應(yīng)的是氘和氦-3（2個質(zhì)子和一個中子）反應(yīng)，也有較為廣闊的發(fā)展前景，可能可以推動人類走向太空。在月球上，中國等國的航天局已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量氦-3礦，一方面成為多國探月的目標(biāo)之一，另一方面也可成為進(jìn)一步探索宇宙的重要燃料。

吳征威認(rèn)為，雖然我們距離商用的核聚變還有較遠(yuǎn)的距離，但是NIF能實現(xiàn)增益“確實已經(jīng)很了不起了”，將推動人類進(jìn)一步接近解鎖核聚變的“無限能源可能”。