关于核聚变的问题我们知道,轻物质可以通过核聚变形成重物质,那么重物质在理想条件下能否继续进行聚变?这样的聚变能否无限继续下去?如果能,最终会得到什么物质?_作业帮
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关于核聚变的问题我们知道,轻物质可以通过核聚变形成重物质,那么重物质在理想条件下能否继续进行聚变?这样的聚变能否无限继续下去?如果能,最终会得到什么物质?
关于核聚变的问题我们知道,轻物质可以通过核聚变形成重物质,那么重物质在理想条件下能否继续进行聚变?这样的聚变能否无限继续下去?如果能,最终会得到什么物质?
聚变不能无限继续,自然界早给我们准备了一个巨大的实验室,通过观察恒星的演化可以得出你要的答案.
天文学上用一个叫赫罗图的图表表示星体的演化过程,我们的太阳在上面处于主序星位置,通过氢核聚变获得能量（部分碳碳聚变）,恒星在主序阶段停留的时间占恒星寿命的80％,当燃料耗尽,聚变释放的热能不足以支持星体本身,恒星就会往内塌陷,中间释放的引力势能会加热星体本身,最终点燃另外一种核燃料.
当温度达到上亿K时,将点燃氦聚变成碳和氧的核反应,两个氦核碰撞生成铍,铍又与氦核碰撞生成碳,碳与氦核生成氧.整个过程会释放约14兆电子伏的能量.在氦燃尽后,就留下一个碳氧核.8亿K时碳被点燃,可以聚变成氧、氖、钠、镁.温度达到15亿K时点燃氖,20亿K时点燃氧,30亿K时点燃硅,一直到铁元素聚合形成为止.
此后不再有新的能源,聚合成比铁更重的元素则吸收热量,而不是释放热量.氢原子到多少度可以发生核聚变?宇宙中氢、氧、氦、氮分别是什么颜色?是红巨星爆炸外面的一层气体吗?_作业帮
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氢原子到多少度可以发生核聚变?宇宙中氢、氧、氦、氮分别是什么颜色?是红巨星爆炸外面的一层气体吗?
氢原子到多少度可以发生核聚变?宇宙中氢、氧、氦、氮分别是什么颜色?是红巨星爆炸外面的一层气体吗?
按照理论计算,氢原子的聚变温度在2000万度以上.但在恒星中,氢核聚变的温度低于2000万度.如太阳,中心温度就只有1500万度,但氢聚变依然能够发生,其原因有二.一是在高压下,氢原子核过于靠近,可以在较低温度下发生聚变反应；二是根据海森堡“测不准原理”（不确定性原理）,氢原子核可以暂时从其他原子核那里“借”到部分能量,使核聚变反应得以在较低温度下发生.氢、氦、氧、氮等元素在气态条件下,都没有颜色.红巨星爆炸,一般称作超新星爆发,外层气体主要是氢和氦,当然也有氧、氮.但通常恒星内核物质也会被炸开来.如果只是外层气体被炸开来的话,我们地球上的重元素就没有了.我们身边的各种元素（包括构成我们身体的各种元素）,除氢以外（氦不构成身体）,都是来自于恒星核聚变反应,而比铁重的元素就只能来自于超新星爆发.
度，这是核聚变必须的温度
那氢、氧、氦、氮分别是什么颜色
聚变多少度楼下都回答了 我回答后面的问题
后面四种气体都是无色的
只有在某些特定条件下才会有颜色 比如通电 相溶之类
红巨星爆炸有颜色的内是恒心爆炸 各种元素交融县化的颜色 跟上述4个气体通电产生颜色的效果一样请教下关于核聚变的元素问题我听说核聚变是原子的聚合,请教是是不是所有的原子都可以实现核聚变吗,还是只有某一些原子啊,如果其他原子不能参与核聚变是什么原因呢?_作业帮
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请教下关于核聚变的元素问题我听说核聚变是原子的聚合,请教是是不是所有的原子都可以实现核聚变吗,还是只有某一些原子啊,如果其他原子不能参与核聚变是什么原因呢?
请教下关于核聚变的元素问题我听说核聚变是原子的聚合,请教是是不是所有的原子都可以实现核聚变吗,还是只有某一些原子啊,如果其他原子不能参与核聚变是什么原因呢?
一般在大质量的恒星内才会发生核聚变,目前的太阳主要发生的是重氢聚变还有少许的氦核聚变.而许多超过10倍太阳质量的大质量恒星在氦燃烧阶段会膨胀成为红超巨星,一但核心的燃料耗尽,它们会继续燃烧比氦更重的元素.核心继续收缩直到温度和压力能够让碳融合（参考碳燃烧过程）.这个过程会继续,满足下依步骤燃烧氖（参考氖燃烧过程）、氧（参考氧燃烧过程）、和硅（参考硅燃烧过程）.接近恒星生命的终点,核聚变在恒星内部可能延着数层像洋葱壳一样的壳层中发生.每一层燃烧着不同的燃料,燃烧的最外层是氢,第二层是氦,依序向内.当铁被制造出来就到达了最后的阶段.因为铁核的束缚能比任何更重的元素都大,如果程序继续,铁核的燃烧不仅不会释放出能量,相反的还要消耗能量.铁核聚变不能自发的进行,如果有有足够的能量所有原子都可以发生核聚变.
不是所有的原子都可以实现核聚变，核聚变是因为原子核的强核力造成的。电场磁场，引力场，强核力，弱核力，是目前人类已知的四种基本力场，原子核一般是由质子和中子组成的，而质子携带正电场，中子不带电，元素的区别是由于原子核质子数不同造成的，比如氢气是一个质子，氦气是两个。锂是三个，但是我们知道同性相吸异性相斥，当一个原子核有了两个以上的质子，他们之间却带有相同的电场。本应该相互排斥，无法聚合才对，可是他们...第三方登录：什么是可控核聚变？实现它的难点是什么？
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谢邀！宏观上来看，难点就是同时实现高温高密度和长约束时间（），这一点 的答案中已经写的很好了，我在这里就写一些更具体的内容以作为补充吧。我的答案主要针对托卡马克方案，即用磁场约束等离子体以实现聚变的方案。第一方面的难点是物理理论上的。虽然等离子体的运动无非就是麦克斯韦方程组就可以完全描述的，连量子力学都用不到，但是因为包含的粒子数目多，就会遇到本质的困难，此所谓 “More is different”。正如在流体力学里，我们虽然知道基本方程就是Navier-Stokes方程，但是其产生的湍流现象却是物理上几百年来都攻不下来的大山。等离子体同样会产生等离子体湍流，因为有外磁场的存在甚至是比流体湍流更复杂一些。于是在物理上，我们就没有办法找到第一性原理出发找到一个简洁的模型去很好地预测等离子体行为。我们现在所能做的，很多时候就是像流体湍流的研究那样，构建一些更加偏唯像一点的模型，同时发展数值模拟的技术。第二方面的难点是物理实验上的。即使没有第一性原理出发的理论，很多时候唯像模型也可以非常实用，比如说现在流体湍流的模型就可以在工程上很实用。但是等离子体实验的数据可并不像流体那么好获得。从理论上我们可以知道，托卡马克里的高温高密度等离子体会有非常多的不稳定性，如果伸进去一根探针进等离子体中心，那立刻就会激发起不稳定性于是整个等离子体就会分崩离析。基于这个原因，实验观测的手段就会很受限制。这也就是为什么我们不说“等离子体测量”一词，而是使用“等离子体诊断”，因为这的确就跟诊断病人的病情很像。基于以上两点物理上的原因，可以说我们没能很好地理解托卡马克里等离子体的运动，因此对装置的设计就没有那么给力，只能慢慢发展慢慢改进...实际的历史进程就是，实验上发现一种不稳定性，然后理论在之后的几年里争取理解它，然后想办法改进设计去抑制这个不稳定性。但是抑制了之后，约束改进了，又会在实验上发现更小时空尺度上的不稳定性，于是再理论去理解，再改进设计，循环往复...我们的确是在不断进步的，只是需要时间。第三方面的难点是工程上的。从理论上我们现在知道，如果想要达到聚变的点火条件，那么在工程上我们需要在足够大的体积内产生足够强的磁场（约为10T）。而现在人类能实现的最大稳定磁场大概也就是10T那样一个量级了（我一直在想如果人类能做到比现在大十倍的磁场的话，可能我们早就用上聚变能了...）。产生这么大的磁场的电磁铁，一定是需要巨大的电流的，而巨大的电流就会发热，发热了之后就会把材料自己烧掉...所以现在正在建的最大的托卡马克工程ITER就是采用的超导线圈的方式，这的确是解决了发热问题，但是线圈想要维持超导，就需要极低温，通液氦浸泡。所以你可以想想这样一副场景么：在一个房间里，内部温度是一亿摄氏度的超高温，墙壁温度是几开尔文的超低温...工程上的实现难度可想而知。最后一方面的难点...是经济上的...做那么大的超导电磁铁，得花多少钱哪。。。于是现在最大的托卡马克工程ITER就根本不是一个国家在做了，而是7个国家一起出钱合作的，目前老是超预算（一超就是上billion美元的），于是不断延期。。。美国这边，因为投钱去了ITER，不光已经没有预算在本土建新的托卡马克了，就连老的也开始关门大吉了一些...我们这苦命的专业啊...不过我对聚变的看法还是积极的。虽然现在美国没钱了，但是似乎中国还是既有钱又有激情来做聚变的。小道消息称中国在近期将要自己做一个本来计划在ITER之后建的DEMO装置，中国人民勤劳能干，很有可能比ITER先完成。按照经验规律，如果按照他们说的指标建起来的话，实现点火应该是没问题的。我们就这样一点一点制造更大的装置，发现新的问题，理解新的物理现象，再改进装置的设计，聚变能的到来并不是天方夜谭！//来自
看到本专业问题，实在忍不住发下知乎第一帖。不懂规矩或者跑题大家见谅，邀
帮忙“审稿”吧。。。前面各位大神讲了很多了，但我觉得基本上都是等离子体专业的问题，虽然我学的也是等离子体。但是既然题目说的是可控核聚变，从应用的角度看，聚变工程的实现远远不是靠我们等离子体的就能解决的。所以根据听到的一些报告谈谈自己的理解吧。当然我说的都是关于现在看来最有希望的托卡马克。等离子体最大的问题就是约束，怎么实现高温高密度的长时间约束前面答案讲的很多了。但是现在我们对真正的燃烧等离子体，也就是实现了聚变稳定燃烧的等离子体物理可以说知之甚少。等离子体的约束困难根本原因在于其极高的自由能，而一旦聚变产生，新的alpha粒子（能被约束的聚变产能）带来新的更高的自由能，会产生新的不稳定性破坏约束，这个方面是现在等离子体研究很热的方面，关注如此高说明我们对这个问题的重视和不理解。还有就是排出等离子体中He灰（alpha粒子能量降下来了就是He灰，这个跟烧锅炉剩下灰差不多，不排出去就烧不下去了）。排灰就是要减弱约束，使He灰比质量电荷能量都接近的氘氚更容易排出来，这与我们追求等离子体的高约束是恰好背道而驰的，就是说我们必须找一种运行模式，约束既要很好使氘氚保持高温高密度，又要不是那么好使He灰能有效的排出来。所以聚变等离子体的主要任务就是实现对等离子体的约束与控制，这个方面现在看来还是乐观的，我是这么觉得的。但是要实现可控核聚变远远不止等离子体的问题，工程上的先不说。非等离子体专业的问题中有两个最难解决，首先是氚自持，也就是说现在聚变反应需要不断的提供氚，但是氚并非是自然界有的，需要中子与锂反应产生，产生的氚如何能比聚变反应消耗的氚更多这个问题现在远达不到乐观。（现在全世界的工业产氚只有几公斤，甚至不能满足ITER一年的需要，这仅仅是一个聚变试验堆，所以必须靠聚变堆产生的中子自己产氚。）第二问题是中子辐照的问题，或者说是聚变堆的核安全问题。不同于裂变堆有一套完整的核安全和防护等技术标准，关于聚变堆的核安全研究才刚刚起步。刚刚接触聚变的人会听到聚变没有核辐射的宣传，但是不可否认的是氘氚聚变会产生中子，而材料被中子辐照就会产生放射性问题，有了放射性就必须考虑放射性的屏蔽等等复杂的问题，所谓的聚变更安全现在还只能是相对裂变而言的。同时中子辐照还损伤材料，使器件达不到设计要求。所以我想补充的是，可控核聚变要实现确实很难，特别是对于真的发生持续的核聚变后，我们的装置还能不能正常工作不是一个仅仅靠等离子体专业的人就能够解决的问题，还需要材料、核物理、工程各方面的科学家大力支持。
可控核聚变是指人们可以控制核聚变的开启和停止，以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制。或者说，最简单地比喻就是，同样是可燃烧物质，火药可以用来做成炸弹，因为只是利用其高能量瞬间爆发的破坏性；同时也可以掺点杂质，做成蜂窝煤，使其可以当做一个煤炉子来缓慢释放能量，想让它烧就烧，想让它灭就灭，秘诀就在蜂窝煤炉子的炉门上。将这个蜂窝煤炉子的燃料换成核燃料，烧上开水，让开水变成蒸汽去推动轮机发电，就成了一个当今的核电站的基本原理雏形了。相比可控核裂变来讲，可控核聚变的优势在于：原料易得，核聚变的原料是重水，可以直接从海水中提炼，并且地球中储量极大。核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染，亦不会造成核泄漏的危害。那么将这个煤炉子里的燃料从核燃料换成核聚变的原料的最大的麻烦在哪里？就在于其反应条件。核裂变需要的反应条件很弱，天然的铀矿在常温的自然条件下就可以发生衰变。但是相比于核裂变过程来讲，核聚变最麻烦的反应条件就是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应。而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时，对于该问题给出了以下解决方案：用核弹引爆氢弹！即通过核弹引爆得到达到核聚变反应的温度，从而引起核聚变使得氢弹爆炸。因此氢弹内部是有一个小型核弹的。这样的话，研究可控核聚变的最关键问题现在已经很明显了，即：怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度？（怎么点燃炉子里面的燃料？）将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它？（怎么让燃料不把炉子烧穿了？）首先来说第1个问题，关于如何加热的方法，从上世纪60年代开始，激光器的发明，为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料，因为该方法能量大，而且无需与被加热物质接触，简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低，所以为了解决这样的问题，需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单，实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内，被加热物体的所有方向受热均匀，一致向球心坍缩（简单理解就是将被加热物质想象成一个足球，如果想要挤压足球内部的空气，最好的方法就是从四面八方一起用力，使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲，则足球会变形，足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣）。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确，也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的，其「国家点火装置」目前正在实验将192个激光器聚焦于同一点。而我国的「神光三号」项目目前则正在试验将32个激光器聚焦，下一步目标是48个。我国研发的神光3号惯性约束核聚变激光驱动装置我国研发的神光3号惯性约束核聚变激光驱动装置现在再来讨论第2个问题，我们拿什么来盛放这些物质。上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西，那么就算能将这些反应燃料点燃，又能拿什么来盛放它？「超导托卡马克」装置的研制就是为了实现能将上亿度的物质存放于其中的目的。具体的基本原理在高中物理课本就有提到，是通过将这些物质约束在一个密闭的环中使其高速旋转，来将其固定在一个密闭的空间中，从而实现了变相的盛放。如果感兴趣的话网上关于该装置的资料也有很多。我国自主研发EAST超导托卡马克实验装置结构示意图 （来源：我国自主研发EAST超导托卡马克实验装置结构示意图 （来源：）如果这两个问题能够得以解决，则其他问题大体可以迎刃而解——但是目前还有一个更加严重的问题，那就是这两种分别针对两个难点的方案，完全没有办法使其结合起来！由于神光三号属于惯性约束过程，需要聚变物质静止于指定的标靶位置等待加热，点燃，而超导托卡马克装置则属于磁约束过程，如果聚变物质静止下来，则无法在磁场中受到相应的洛伦兹力等作用从而被约束在一个指定的密闭空间当中。所以这两种方案只能在对一个问题的解决占有极大优势的情况下想办法去解决另一问题。 就目前来看，更加现实的研究方法是想办法在超导托卡马克系统当中，加热其中的等离子体，从而压缩核燃料的密度，提高其温度，从而引发核聚变。而在目前的实验条件下，能够一直维持这样高温高压状态的持续时间，甚至还不足以引起核聚变。 另一方面，神光三号对于如何防止燃料烧穿的研究则更显得没有诚意。目前的方案是在极短时间内将上百个激光头的能量全部打到一个极小的，装有核燃料的标靶上，制造一次极小的核聚变，从而在瞬间将该核聚变过程完成，并释放大量能量。等效于通过一次又一次，制造极小的微型氢弹爆炸，在爆炸威力不会对仪器产生太大影响的前提下，来释放出标靶内核燃料的能量。但即使是这样，目前来看还没有什么办法能在如此短的时间内充分吸收如此多的能量——当然了，由于目前连「将多颗激光器聚焦于同一点」这一看似更简单的问题都还未得到攻克，现在这个看似更大的问题也还没有看到相应的进展。最后，包括《钢铁侠》在内，还是有科学家相信，对于核聚变来说极高的温度并非是必要的反应条件。如果真的存在不需要上亿度的高温即可制造核聚变的过程的话，以上这些讨论就都不再有意义，那时核聚变发电就如同今日的核裂变发电一样简单，甚至要比当今的核电站更加普及，更加受欢迎。因此，关于「冷核聚变」，一批又一批的人向其发起挑战，试图证明其真实的存在。虽然到目前为止，还没有任何证据表明即使是在更低的温度下，核聚变过程依然可以发生，可面对巨大的利益诱惑，近几十年来还是不断在有人宣称自己的研究小组实现了 「冷核聚变」——只是最终都被证明是骗局罢了。P.S.
对于此问题本人属于半个门外汉，所以如果有问题请及时在评论中指出，我会做相应的订正。非常感谢远山兄（@刘远山）热心地帮我找到了一些资料，对我帮助很大，也希望大家能够提出更多的意见，让这个答案对更多的人能有所帮助。
前面北大的师兄（我还以为p大雾院都是学理论的呢……）说的很完整了，我以一个本科刚刚进入这个领域的角度说一些我知道的吧。首先，可控核聚变的思路有数种，国际上认知度最高的应该是托卡马克…原理类似的还有仿星器等…然后反场箍缩的实用性似乎不高。惯性约束好像都有那么一点挂羊头卖狗肉的感觉…前面的那位PhD师兄提到了托卡马克的湍流问题，其实湍流问题的硬碰硬应对方法就是超级计算机，以前用CPU算，现在用Tesla算，有限元的阶数往上加，网格细分往上加，时间步使劲减。。。然后就是各种超级计算机的诞生。其实高温等体计算和军事上流体计算很像的，就多了一些方程。然后根据我一点点了解，惯性约束研究中军工成分大于民用。鄙校惯性约束相关的老师应该做的军用项目多一些。因为自从签订了禁止核武器实验条约，核武器实验就是个问题……一边是模拟，一边是靠激光来提供模拟核爆环境……惯性约束的计算应该还要复杂一些，因为涉及到很多非线性的现象……非线性根本就是吃计算量的无底洞，请各位参照“三体问题”，上海交大的Pi计算机就是拿来算惯性约束的。至于美国最新能源部的那个“点火”，似乎是为了赢取国会信任的一种危机公关……没有任何实质进展（课题组老师说的）。其实不少关于聚变的国际会议开了，主题就是：没钱………这玩意是把钞票当什么烧的…不过对于这个投入其实各国政府还不是很有力…,east的造价远不如一架B2战略轰炸机……问题是“五十年”以后出成果的东西谁会愿意举国之力跳坑…何况现在页岩气啊什么新能源也不错啊。至于钱老那套使用核发动机完成恒星旅行的理论……早被扔到爪哇国去了（所以有时候你会发现冷战还不如继续下去）
可控核聚变并不困难，很多业余爱好者在家里都能完成。真正困难的是能量的投入产出比，换句话说维持聚变环境的能量要比聚变产生的能量小才有经济价值。如果不追求经济价值，很容易就能DIY出聚变装置。可以看看这个爱好者网站。很多自己搞核聚变所谓天才，神童都是这么来的。所以有经济价值的可控核聚变是很困难的。其实核聚变需要的条件并不直接是高温高压，高温高压只是用来克服原子核之间库仑力的手段之一。抄自维基百科：核聚变是指两个较轻的核相结合，形成一个较重的核和一个很轻的核或者粒子的核反应。而我们知道原子核是带有正电荷的，所以他们如果距离很近就会有很大的斥力。为了克服这个斥力，我们用的办法可以有高温或者高压。高温是为了让原子离子化，并让原子核有高动能克服库伦势垒。高压就是所谓惯性约束核聚变。其实也是用压力克服库伦势垒。但是其实还是有别的方法，也就是不去克服这个库伦势垒，而是绕过他，比如量子隧穿效应。其实太阳的核聚变是靠这个而不是高温高压，因为太阳的温度和压力还达不到克服库伦势垒的条件。而且太阳的聚变主要是碳循环，不是质子-质子链。我觉得未来的能源来源很有可能是常温核聚变。而且还有一点，其实聚变材料不一定是氢或者氦，其实在铁56之下的原子核，聚变时克服库伦势垒所需要的能量要小于释放的能量。都可以作为燃料。氢和氦只不过是发生反应的条件最低的而已。另外，我不是物理专业的，只是对这个感兴趣。
可控就是想停就停，难点是没找到在燃料烧完前停掉的办法。
核聚变这个就不需要说明了,可控就是可以人工控制,比如核聚变的启停,核聚变功率输出等,现在的基本可控都做不到(能启停),完全可控(功率控制)更遥遥无期.不过我相信人类迟早攻克这个问题.核聚变的优点对于人类来说是最方便最廉价,无污染的一种能源获取方式,并且原材料可以说无穷无尽,地球上就有大量的重水资源,在柯伊伯带更有无数的原材料,甚至太阳系中的木卫二上就有海量的水资源.原材料的普遍性可以让可控核聚变作为人类几乎取之不尽的能源!可惜,可控核聚变的条件太苛刻.我们的太阳就是靠压力主导的核聚变来给太阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。此外这么高的温度，核反应点火也成为问题。不过在日，美国利用高能激光实现核聚变点火所需条件。中国也有“神光2”,“神光3”等将为我国的核聚变进行点火。可惜只能实现点火,但是无法作为能源使用,无法做到可控.目前没有任何已知的物质可以承受这样的高温(如果有足够的压力也可以获得核聚变,可惜这个对人类来说更不现实,恒星的核聚变就是由压力主导的,人类只能通过提高温度来代偿.).也就是说,人类没有能给核聚变一个可供其安然反应的"炉子",目前可行的方案是超导托卡马克,超导托卡马克和提供高温的方案的高能激光装置不融合.道路还很漫长!谬误之处请包涵.补充:高压引发核聚变的原理是物质被紧密压缩,让原子核之间的界限被打破,从而发生核聚变.(恒星等星体主要是由压力来引发的核聚变,当然高压也能提供高温,随着压力升高温度也升高,不过压力是主导);高温引发核聚变的原理是:温度,我们都知道温度是物质基本组成部分的分子或者说原子的运动的剧烈程度,温度超高的话就说明分子运动的程度超极剧烈,它们甚至会发生对撞,超过核子的界限从而引发核聚变反应,人类的氢弹主要就是这种原理引发的核聚变.总之核聚变需要足够的压力或者温度.压力按照现在的人类科技水平达不到,温度能达到但是缺无法控制.
可控核聚变等于制造了一个小型的“太阳”，这个在目前的科学水平下还实现不了，除非有突破性的新发现。其实地球每天都在接受核聚变产生的能量，可以说用好“太阳能”就是用好了核聚变！
来插一脚。题主问的问题太大了，不管任何一个答案，不管有多高的赞同数，都无法完全解答题主的两个问题。至于第一个问题，目前的答案都说了，这里忽略。第二个问题很麻烦，因为这个题目本来就是一个未解决的问题，谁都不知道下一步会发现什么难点。要说这个研究的难点是什么？两点：1，钱。2，统筹安排。这是真正的大科学研究，到目前为止不大可能在大学的实验室进行。这项研究需要各方面人员的配合：物理的，工程的，强电，弱电，计算机，通讯，材料...所以这项工作在每个国家都是成立专职研究所来执行。美国的臭鼬工厂有自己的私有实验室，这个属于特殊情况。原子核的聚变需要极高的速度的对撞，这要求物质的温度要达到极高，在这个条件下，非恒星尺度的环境中，物质以等离子体状态存在，然后呢，这个问题就变成了对等离子体的研究。等离子体以带电粒子组成（粗糙说法），于是可以用磁场约束，或者惯性约束。惯性约束以激光点燃靶丸，这个方面的技术不宜讲太多。磁场约束有两种，一种就是托克马克，另一种是螺旋装置。螺旋装置可以轻易的长时间约束等离子体，2013年日本人在螺旋装置上操作过43分钟的等离子体约束。但是不管哪种装置，其物理过程现在不清楚的。人们根本不知道为什么会这样，到底什么出发了这些。所以对聚变等离子体目前还是集中于物理的研究，另一个重要的是材料。我举一个小例子，要知道聚变时会有中子，中子打到材料上会让原子移位。真正聚变时的中子洪水般的打击，会让材料在短时间内，全部原子移位。你说，材料的晶格都变了，这个材料还是原来的材料吗？不是了，它已经变成另一种属性的东西了。还是开头那句话，这个问题太大了。真的太大了。
大神们说的好专业。我通俗的说一下我的理解。核聚变现象最为我们熟知的就是氢弹爆炸了，但是为什么所有的国家先要造出原子弹才能造氢弹？因为氢弹中心是需要原子弹的，原子弹爆炸产生巨大的高温，从而使核聚变成为可能。可控核聚变的难题在于高温，几千度的高温用什么材料才不会气化，又该用什么方式来获取这几千度的高温？个人所见。
通俗说法：1、可控就是可以让聚变反应持续的释放能量。不是像氢弹那样，一报而销。2、难点核聚变的条件就是让聚变粒子足够接近。现在的通常做法是让聚变粒子获得最大的动能，并约束到一个足够小的空间内，最终的目的就是让聚变粒子最大程度的接近，直到达到聚变条件。
核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。可控的核聚变就是可以人为控制利用核聚变发出的巨大能量，方式主要是磁约束和惯性约束。最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件。虽然在实验室条件下已接近·，但要达到工业应用还差得远。按照现有的技术水平，要建立托卡马克型核聚变装置，需要几千亿美元。另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束）。
我是学机械工程和材料出身的，所以核聚变的具体到所有学科的难点不算太清楚。但是就总体上来说，因为聚变的很多特性，人类第一次遇到了一个跨越大到几乎涵盖所有学科的问题。需要的是物理，材料，机械，电力，加工，生产。这是现阶段最大的难点，知识无法整合，有快有慢，行业间的合作不能齐头并进。比如过去很长一段时间，聚变是物理学家为主力，结果是甩开其他学科，工程上无法实现，只好退回来再做工程方面的研究，又带动别的方面很多问题。因此，反应堆的概念早就设计好了，点火也早就实现了，但是反应堆的建设还在实验阶段，核聚变的规划也一拖再拖。比如我做的钎焊，人类用了几千年了。工业化至今对这种焊接方法的基础研究非常少，应用和设计也很有限。在进行不断优化的过程里发现钎焊在聚变反应堆里很有优势，因为聚变反应堆中很多复杂的结构大量使用脆性的耐火材料。因此，我们又开始对一个应用了很久的技术进行理论研究，发现原来很多东西我们压根不知道是怎么回事，以前就这么用着没人在乎它为什么。工程和基础研究很大的不同就是这样，工程要能做出来产品，什么方法做出来它能用，而理论要求知道为什么它能被做出来，做出来为什么能用，怎么做出来才导致它能用。把这群从这群来自不同国家，代表不同势力的物理学家，材料学家，机械工程师，电力工程师全部凑在一起搞科研就是一个很大的难题，更别说大家都是在自己的道上走不下去了才去找别人。想要获得这种取之不尽没有污染的神圣能源路还很长，多长呢？当年目标是2020年建设成功产出＞10 x 输入的可靠运行实验性反应堆ITER，12年宣布最早日期是2040年。以ITER的成功基础设计优化的的商用试用型核电站Demonstration (DEMO)原定2050年，谁知道还要多久，连没有缺陷的反应堆部件还焊不出来呢。
费钱，托克马克方式 有了比较好的超导才能加速制造，选择约束方式是重点
各大神都说的很多了，我就补充那么一丁点儿。托卡马克那种磁约束装置需要大电流，但是设计简单，而德国对另一种磁约束装置 仿星器 比较感兴趣
因为 它工作电流不需要托这么大
但是设计比较麻烦
不过好在现在计算机发达了还有那种几十亿温度
其实里面粒子量非常少
但是速度极高
所以变成温度要几十亿了 其实宇宙里
太阳就是核聚变很好的例子
不过它既不是 惯性约束 也不是磁约束
而是引力约束 因为质量厚大， 亲，都逃不掉！
看newsroom时，里面的记者为了引出想要的答案，故意在论坛里发帖提问或者装出很傻逼的样子引来争辩，以此“钓鱼”～
惯性约束不论是激光还是z pinch, 单次点火都已经十分困难, 持续性的点火在精确控制和能源要求上更高要让原子核fuse到一起, 需要克服原子核之间巨大的排斥力(),
为了产生这个条件需要将轻元素如he, D, T, Li, Bo等加热到足够高的温度, 但是没有任何容器材料能在如此高的温度下不被融化, 于是需要将高温等离子体约束起来以避免等离子燃料接触装载它的真空容器, 而这个约束不论是通过激光, 还是电磁力, 都非常难以做到----------现有的装置如中国的EAST(第一个全超导磁约束装置)只能将等离子体维持几十s的时间.参考:
How the Sun works Fusion and Quantum Tunneling
/v_show/id_XNTIyOTYzMjA4.html
可控核聚变目前条件并不难实现，真正的难点是现在的输出能量很难比输入能量高很多，一个能量输出系统的输出能量只是略高于输入能量的系统并没有太大的实用性..........
_(:з」∠)_不能像汽车发动机那样控制核聚变吗
简单的说……可控，就是能随人的意志随控制，比如汽车发动机，开关和油门大小来控制使用汽油释放的能量!不可控，只能把汽油点燃，引起火灾爆炸是可以的，目前人类的核聚变只能做到点燃层面!目前最大的难点，需要极高的温度极高的压力，还没有找到很好的耐超高温超高压物理材料充当聚变发动机的角色!}