在我们前几期的文章中聚变点火和聚变能量增益因子（Q值），今天我们来详细说说和它们密切相关的劳森判据。
一、劳森判据
劳森判据，又称劳森标准，是评估核聚变反应堆能量平衡所需条件的一个理论标准。该理论基于一个理想化的脉冲聚变反应堆模型，探讨了如何实现能量的平衡。它比较了聚变燃料内聚变反应产生的能源速率与向环境损失的能源速率。当产生速率高于损失速率时，系统将产生净能量。如果足够的能量被燃料捕获，系统将自我维持，这就是我们之前提过的聚变点火了。
劳森标准在关键的磁约束聚变实验中扮演着重要角色
二、理论解释
在理想状态下，聚变反应堆中的等离子体通过聚变反应产生的能量，以一定的效率转化为电能。这些电能再被用于补充等离子体的能量损失，包括轫致辐射损失、热传导损失以及由于粒子逃逸造成的能量损失。只有当补充给等离子体的能量足以补偿其损失时，聚变反应才能持续进行。因此劳森准则的核心概念是检查任何使用热等离子体实验的的能量平衡。
具体来说，这一条件可以表示为：
𝜂(𝑃𝑟+𝑃𝑏+𝑃𝐿)≥𝑃𝑏+𝑃𝐿η(Pr+Pb+PL)≥Pb+PL
公式解释，其中：
-η为热能发电效率，
-Pr是热核聚变功率，
-Pb是等离子体的轫致辐射功率，
-PL=3nT/τ为热传导及粒子逃逸引起的能量损失功率，τ为能量约束时间，n和T分别是等离子体的密度和温度。
由上式得出的关于等离子体的nτ和T所必须满足的条件，称为劳森判据。
三、涉及参数-三重乘积
依据上面的公式，我们可以看出劳森判据涉及三个主要的参数，这三个参数我们称之为三重乘积。
三重乘积在物理学中，尤其是在核聚变研究领域，是一个极为重要的参数。它通常指的是等离子体的密度（粒子数每立方米），温度（以开尔文计）和能量约束时间（以秒计）的乘积。
温度：核聚变反应的燃料（通常是氢的同位素——氘和氚）必须加热到极高的温度，使其达到足够的热运动，以克服库仑屏障进行核反应。
密度：燃料的密度必须足够高，这样核粒子之间的碰撞机率足够高，从而增加核反应的几率。
约束时间：高温、高密度状态必须维持足够长的时间，使得聚变产生的能量能够超过启动反应所投入的能量。
三重乘积是核聚变反应达到“点火”状态的关键指标，点火状态指的是反应能够自维持而不需要外部能量输入。这一状态需要等离子体内部的聚变反应生成足够多的热量，来维持所需的高温，使得聚变反应能持续进行。
四、三重乘积与劳森判据
三重乘积与劳森判据紧密相关，劳森判据通过设定最小三重乘积要求，为实现有效的核聚变提供了基本的科学准则。理论上，只要三重乘积超过了劳森判据所设定的特定值，核聚变反应就可能自行维持，实现能量的净输出。
在核聚变研究领域，不断优化和提升三重乘积的值是一个关键的研究目标，相关研究涉及改进等离子体的约束技术、提高等离子体的温度和密度，以及开发新型核聚变反应材料和技术等。实现更高的三重乘积不仅有助于提高聚变反应的效率，也是向实用化核聚变能源系统迈进的重要步骤。
五、劳森判据的应用
劳森判据主要应用于核聚变能源发展领域，是评估一个核聚变反应是否能实现能量盈利（即产生的能量多于消耗的能量）的基本标准。这一判据广泛应用于核聚变研究的多个方面：
核聚变实验及反应堆设计
劳森判据是判断各种核聚变实验设计是否可行的关键依据。比如，磁约束聚变（如托卡马克）和惯性约束聚变（如激光聚变）设备的设计和操作都严格依据劳森判据计算所需的温度、密度和约束时间。
它提供了设计有效的聚变反应堆（如国际热核聚变实验反应堆ITER）所需满足的最低条件。这些条件影响到反应堆的尺寸、形状、燃料类型、加热方式、磁场设计等多个方面。
教育和培训
劳森判据的研究不再局限于现有技术，还对新型聚变方法（如基于其他高效聚变燃料的概念）的理论研究和探索提供理论支持。它常见于物理和工程课程中，作为基本的核聚变知识和教育工具，帮助学生和新科研人员理解核聚变过程及其复杂性。
参考链接：
- https://wenku.baidu.com/view/1c4798a380c4bb4cf7ec4afe04a1b0717ed5b32b.html?_wkts_=1716954758436&needWelcomeRecommand=1
- https://site.gscaep.ac.cn/ftp/jliu/file/1.pdf
- https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E6%8E%A7%E6%A0%B8%E8%81%9A%E8%AE%8A
- https://pubs.aip.org/aip/pop/article/29/6/062103/2847827/Progress-toward-fusion-energy-breakeven-and-gain