為什麼太陽核聚變不需要控制，而人工核聚變卻需要強磁場約束？

太陽一直在進行的核聚變不需要控制卻能長久不散，而人工核聚變卻需要強磁場約束？

核聚變反應如果失去控制，只能在一瞬間爆炸，成為一顆爆炸的氫彈。太陽和其他恆星的核聚變反應能夠長久穩定，原因是恆星具有巨大的質量，強大的引力對內的壓力抵消了核聚變產生的巨大的向外的壓力，形成了壓力平衡。

這個壓力平衡一方面使物質不會炸開來，一方面形成內部強大而穩定的壓力使核聚變得以發生。所以恆星內部由引力精確控制著核聚變反應。直到恆星燃料消耗殆凈時（太陽將於大約100億年後到達這個狀態）這個平衡被打破，變成紅巨星等不穩定狀態。

人工核聚變不可能有那麼多的材料形成那樣巨大的引力來建立壓力平衡，所以只有找其他辦法。托卡馬克裝置的磁場約束現在看來是唯一可行的方案。

核聚變有一個物理上的判據，叫做勞森判據，這個判據是 John D. Lawson 在1955年推導出來的，然後在1957年發表。這個判據對核聚變的電子數密度，持續時間以及等離子體溫度的乘積給出了一個下限。要讓核聚變能夠持續維持，必須實現產生的能量大於損失的能量，否則就熄火了。勞森判據就給出了不熄火的條件。在這裡，核聚變產生能量，而輻射損失與傳導損失消耗能量。

對於太陽來說，滿足勞森判據的重要原因在於巨大的萬有引力，萬有引力把等離子體束縛在了一起，提高了核聚變的電子數密度。而你提到的人工核聚變需要強磁場約束，這個也是正常的，因為當我們沒有引力場的時候，我們唯一可以利用的就是電磁場，所以一般的人工核聚變需要強磁場約束，這個裝置叫做tokamaks 裝置。Tokamaks裝置在1950年代由蘇聯物理學家 Igor Tamm 與 Andrei Sakharov發明，它的主要結構看起來有點像自行車的內胎，當然尺寸要大很多。在俄語Tokamaks這個詞的意思是「在磁線圈中的環形室」。

著名的人工核聚變項目ITER是1985年由前蘇聯發起的。在經歷了漫長的研究爭論以後，最後決定在法國建設這個項目。當然了， 這個裝置必須要用一個大的機械腔體，為了考慮到對磁場的影響，後來採取了奧氏體不鏽鋼材料來做這個裝置。因為奧氏體不鏽鋼材料是一種非磁性材料。ITER內部的超強磁場來自16個大型超導環向場線圈，磁場強度大約為5.3特斯拉，其中1個特斯拉等於10000高斯，作為對比，我們知道地球的磁場強度大概是0.5高斯。

PS：未經同意不得轉載（圖片來源網路）

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