引入
为什么一颗中子就能引发铀核裂变，还能继续引发更多裂变？
为什么太阳能在“温度不够”的情况下持续聚变？
为什么核聚变比核裂变更难实现，却被称为终极能源？
核裂变和核聚变都沿结合能曲线的上升方向释放能量，但实现条件差别极大：裂变只需要中子，聚变需要上亿度。理解这个差别，就理解了核能利用的全部难点。
正文
定义
核裂变是重核分裂成两个中等质量核的过程；核聚变是轻核结合成较重核的过程。两者都释放能量。
核裂变
铀-235 吸收中子后分裂：
每次裂变释放约 ，同时产生 2–3 个中子。
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 需要慢中子 | 热中子（约 ）效率最高 |
| 释放多个中子 | 可能引发链式反应 |
| 产物多样 | 裂变碎片种类多，多有放射性 |
链式反应
1 个中子 → 引发 1 次裂变 → 放出 3 个中子
↓
3 个中子 → 引发 3 次裂变 → 放出 9 个中子
↓
指数增长能否持续，取决于有效增殖系数 ：
| 值 | 状态 | 应用 |
|---|---|---|
| 次临界，反应衰减 | 无法自持 | |
| 临界，稳定 | 核反应堆 | |
| 超临界，指数增长 | 原子弹 |
临界质量是维持链式反应所需的最小质量。低于它，中子逃逸太多，无法自持。
| 因素 | 对临界质量的影响 |
|---|---|
| 质量增大 | 中子逃逸概率降低 |
| 加反射层 | 减少中子逃逸 |
| 浓缩度提高 | 易裂变核比例增大 |
控制棒（镉、硼）吸收中子，用来调节 值；慢化剂（水、石墨）降低中子速度，提高裂变效率。
核聚变
轻核结合成较重的核：
| 反应 | 释放能量 |
|---|---|
| 氘-氚（D-T） | |
| 氘-氘（D-D） | 约 |
| 质子-质子（太阳） | 约 （净效应） |
氘-氚反应截面最大、点火温度最低，是当前研究的首选。
库仑势垒与隧穿
两个带正电的核要靠近到核力作用范围（约 ），必须克服库仑排斥。
库仑势垒高度约：
而太阳中心温度约 ，对应热运动能量仅约 ，远低于势垒。
太阳靠的是量子隧穿：极少数质子穿透势垒发生反应。概率虽小，但太阳粒子数极多，总功率足够。见量子隧穿效应。
聚变的条件
| 条件 | 要求 | 难点 |
|---|---|---|
| 高温 | 上亿度 | 约束和加热 |
| 高密度 | 足够碰撞概率 | 保持等离子体稳定 |
| 足够约束时间 | 劳森判据 | 防止能量逃逸 |
劳森判据：密度、温度和约束时间的乘积需超过阈值。实现方式主要有两种：
| 方式 | 原理 | 代表装置 |
|---|---|---|
| 磁约束 | 用磁场约束等离子体 | 托卡马克、仿星器 |
| 惯性约束 | 激光压缩靶丸 | 激光聚变装置 |
聚变与裂变对比
| 项目 | 裂变 | 聚变 |
|---|---|---|
| 原料 | 铀-235、钚-239 | 氘、氚 |
| 原料储量 | 有限 | 氘在海水中极丰富 |
| 触发条件 | 中子轰击 | 上亿度高温 |
| 单位质量放能 | 较少 | 更多 |
| 放射性废物 | 多，寿命长 | 少，寿命短 |
| 失控风险 | 可能（临界事故） | 低（条件不满足即停止） |
聚变的优势在于原料丰富、产物清洁、本质安全；难点在于点火和持续约束。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| “核聚变比裂变更容易” | 聚变需要极高温度，难度更大 |
| “太阳靠高温克服库仑势垒” | 靠量子隧穿 |
| “链式反应一旦开始就无法停止” | 控制棒可吸收中子 |
| “聚变没有放射性” | 产物和设备有活化放射性 |
引出
为什么氘-氚反应比氘-氘反应更容易实现？
托卡马克的“点火”意味着什么？为什么至今仍未实现商业聚变？
核裂变产物为什么需要长期深地质处置？