在昨天的《核聚变100问》中，我们介绍了核聚变的反应原理，今天就来分享核聚变需要的条件。
以常见的氘氚（D-T）聚变反应为例，要触发聚变反应，必须满足特定的条件，这在物理学中称为劳森准则。劳森准则指出，为了实现聚变点火，等离子体的密度n、温度T和约束时间τ(E)三者的乘积（称为聚变三重积）必须达到一个关键值，这个点火常数需要超过3*10^21KeV s/m³。同时，聚变反应的最低温度应该达到3千万度（即2.6keV）。
为了达到这个目标，主要需要考虑以下几个关键因素：
- 燃料的超高密度。需要将等离子体达到极高的密度，以确保有足够的粒子参与反应，进而产生聚变能量。
- 极高的温度。不同类型的聚变反应，如氘氚反应与氘氘反应，分别要求燃料温度达到1亿度和5亿度。在这样的高温下，燃料粒子会处于电离状态，形成所谓的“等离子体”。
- 有效的等离子体约束。等离子体必须被限制在一个有限的空间内，并且要在足够长的时间内保持其状态。
尽管满足劳森准则是触发核聚变的基本条件，但要实现商业上的可行性，仅仅达到这个标准还不够。关键在于聚变反应释放的能量必须大于维持聚变所需要的输入能量。这个比值被称为Q值，它代表了核聚变装置输出能量与输入能量之间的比率。
- 当Q值大于0时，表明核聚变是可控的；然而，如果输出的能量小于输入的能量，则并不实际。
- 当Q值大于1时，说明聚变输出的能量超过了输入能量，从理论上讲这是可行的，但是如果输出效率低，成本过高，则依然难以商用。当前，大多数核聚变装置的Q值都在1左右徘徊，甚至有的不到1。
- 商业化需要的是Q值大于10。在理想条件下，如果Q值可以无限增大，则意味着系统在一次“点火”后释放出的能量足够支持核聚变自持续进行，无需外部能量输入。
在聚变发生前，必须克服原子核之间的强烈静电排斥力。其实，当两个带正电的原子核距离足够近时，这种静电排斥力可以通过量子隧道效应被克服，从而使得原子核可以合并。静电力和强核力的综合作用使得原子核的结合能随核尺寸的增加而增加，直至铁和镍之后开始下降。最终，非常重的原子核会变得不稳定。特别地，氦-4原子核因其高度紧密的结合，被视作核反应中一个稳定的单元，即α粒子。
在两个原子核尝试结合时，必须首先克服巨大的静电能障碍，这称为库伦势垒。对于氢的同位素而言，这个能量障碍相对较低，因为它们的原子核仅含一个正电荷，使得它们更容易聚合。
聚变反应的速度随温度升高而增加，直至达到一个峰值，之后逐渐下降。氘氚反应的速率在较低温度（约70keV或8亿开尔文）时达到峰值，此时的反应速度相比其他聚变反应来说较高。
总体而言，探索核聚变的目标是在地球上实现高温、高密度和高约束时间的条件，尽管这是一个极具挑战性的目标，但随着技术的进步，核聚变作为一种清洁、高效的能源，其实现的可能性逐渐增大。