為什麼核聚變用氘氚，而不是用氫或者其他元素呢？

在自然界中，氫有三種同位素，分別是原子核中沒有中子的氕，原子核中有一個中子的氘（重氫），原子核中有兩個中子的氚（超重氫）。其中氕的丰度最高，達到了99.98%。在宇宙中，恆星的發光原理是氕的核聚變反應，結果產生氦-4。而在人工核聚變中，使用的核聚變原料才是氘和氚。那麼，為什麼人類不使用丰度最高的氕來進行核聚變反應呢？

原因就在於氕的核聚變反應很難進行，而氘和氚較為容易發生核聚變反應。氕原子核就是質子，它們帶正電荷，這意味著它們會互相排斥。氕的核聚變反應是分步進行的，沒有不帶電荷的中子存在，質子很難結合在一起形成沒有束縛態的雙質子（氦-2）。就算質子結合在一起形成雙質子，它還需要經歷β+衰變產生氘、正電子和中微子，這樣才能進行接下來的核聚變反應，但發生β+衰變的概率極低。

β+衰變

只有在像太陽這樣恆星的核心區域，大量的氕原子核在極端溫度和壓力下才能更容易地發生核聚變反應。但即便如此，一個氕原子核真正完成一系列的核聚變反應仍然相當不容易，這個時間需要持續長達10億年。人類還無法實現維持氕核聚變反應的極端條件，所以這種過程現在只發生在恆星內部。

相比之下，由於氘和氚原子核中存在電中性的中子，它們更容易結合成有束縛態的氦-5。然後，氦-5又會衰變成氦-4和中子，這樣核聚變反應更容易進行下去。因此，目前的人工核聚變都是採用氘和氚。但現在人類還無法控制這種核聚變反應，諸如氫彈爆炸都是不可控的。如果未來可控核聚變被攻克了，將能解決能源問題。

此外，有人說，氘和氚核聚變釋放出的能量高於氕核聚變，這是不對的，看看它們的比結合能就知道了：

氕的比結合能比氘和氚都要小，所以核聚變所能產生的能量更高。氕核聚變反應的終點不是氘，而是氦-4，質子-質子鏈式反應可以釋放出相當巨大的能量。

氫分子不是最小的分子，還有一種特殊的分子為單原子分子，比如氦氣就是由單個氦原子構成的。氦原子或氦分子就是同一個東西，而氫分子可是兩個氫原子構成的，所以氦分子比氫分子要小。

嚴格來說，氕氘氚都是氫，只不過為了區分這三種氫的同位素才這樣命名的。大家通常所說的氫，大多數情況下就是氕，因為氫中大約99.985%的氕，所以提取氘和氚才那麼難，因為丰度太低了。核聚變就要考慮難易程度了，使用氕原子也可以實現核聚變，但是需要的聚變控制條件比較高，人類只好選擇氘和氚，雖然這樣也很難實現。氘氚核聚變的缺點是會產生高能中子，容易破壞核設施的材料。使用其它核聚變燃料時，可以選擇氘和氦3反應、氦3和氦3反應。

PS：未經同意不得轉載（圖片來源網路）

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