首先你要清楚，电费的价格包括电的原料成本、运输成本和电站的建设成本。以现有的核裂变电站为例，一台机组的建造成本约200亿元，每年可以发电约400亿度，并网电价约0.45元/度。其中，核裂变使用的浓缩UO2在成本中占比并不高。

假设核聚变成功商用，也只是把核原料的成本降低到几乎可以忽略不计，其中的核电站建设成本以及运输成本并不会降低，其中电站的建设成本反而可能会上涨（特别是设备和材料要求极高）。假设建造1GW的核聚变电站，建造费用与现有核裂变电站一样，核原料不要钱，一年按照安全生产的时间不停发电，每年的发电量也不过450亿度，所以电价最低也就降低到0.35元的水平。

所以，可控核聚变将电价降低的几分钱或免费都只是美好的幻想，并不符合经济规律和社会实践。

具体内容可以参考我之前写过的内容如下：

原料选择：氘、氚

原子核越小越容易发生核聚变，氢只有一个质子，对发生核聚变的条件要求最低。同时原子核越小，反应截面就越小，原子核碰撞所需时间越长。因此，核聚变的原料一般选择氘和氚（D-T），也有个别国家选择氘-氘（D-D）。

氘。在海水中分布甚广，储量巨大。海水中氘的含量为十万分之一，即每升海水中含有0.03克的氘，在核聚变时产生的能量相当于300升汽油。地球海洋总体积约为1.37亿立方千米，海水中氘的总储量竟达约四十万亿吨，数量之大，可为人们提供上亿年的能源消费。而且，氘的提取方法简便（整流和电离），成本也较低，核聚变堆的运行也十分安全。1千克氘燃料，至少可以抵得上4千克铀燃料或者10000吨优质煤燃料。根据现有技术测算，1千克氘的生产成本约1万元人民币，相比较于传统燃料，可以说成本极低。

氚。一般由高速中子流轰击氘来生产制备，而高速中子流又是核聚变的副产品，核聚变的过程可以实现氚的“氚自持”，因此核聚变只需要在点火阶段准备极少量的氚即可，相比较于核聚变电站的产出而言，这个成本几乎可以忽略不计。

就核聚变的原料而言，核聚变电站可以将电能的成本降低3个数量级，即将电能价格降低1000倍。再考虑到氘在地球上的含量，以及月球和小行星上面的丰富含量，可控核聚变象征着超低成本的无限能源。

（2）可控核聚变到底难在哪儿

1.面对物理学前言难题

在核聚变的点火阶段，把氘和氚加热到几千万度甚至几亿度，使其成为等离子体，以期其中的氘和氚的原子核相互碰撞。等离子体的物理特性要采用等离子体物理学，包括：粒子轨道理论，磁流体力学和等离子体动理论3个方面，前两者是近似方法，后者是严格的统计方法。

粒子轨道理论。把等离子体看成由大量独立的带电粒子组成的集体，只讨论单个带电粒子在外加电磁场中的运动，而忽略粒子间的相互作用。粒子轨道理论适用于稀薄等离子体，对于稠密等离子体也可提供某些描述，但由于没有考虑重要的集体效应，局限性很大。

磁流体力学。把等离子体当作导电的流体来处理，它是等离子体的宏观理论。导电流体除了具有一般流体的重力、压强、粘滞力外，还有电磁力。当导电流体在磁场中运动时，流体内部感生的电流要产生附加的磁场，同时电流在磁场中流动导致的机械力又会改变流体的运动。因此，导电流体的运动比通常的流体复杂得多，磁流体力学的方程组是流体力学方程（包括电磁作用项）和麦克斯韦方程的联立。磁流体力学适宜于研究稠密等离子体的宏观性质如平衡、宏观稳定性以及冷等离子体中的波动问题（所谓冷等离子体是指等离子体的温度较低，热压强可以忽略）。

等离子体动力论。是等离子体非平衡态的统计理论，即等离子体的微观理论，这是严格的理论。等离子体动力论是严格的理论，由动力论方程可以导出磁流体力学的连续方程、动量方程和能量方程，指明各种不同形式的磁流体力学方程的近似条件和适用范围。

在现有的等离子体理论中，无论磁流体力学方程或动力论方程，都是非线性的偏微分方程，难于严格求解析解。为了求得解析解，只能采用经过大大简化的物理模型，其结果往往是许多过程和效应都被掩盖了。

另外，可控核聚变的点火环境总是会有扰动，包括聚变反应产生的氦、加热装置对系统稳定性的影响、聚变的磁场分布的变化等等。而每一个小的扰动，都可能会影响等离子体的聚变反应。

等离子体物理理论研究的落后，阻碍了可控核聚变对等离子体点火条件的研究。

2.时间长、花费高

既然理论物理无法给出合理的反应条件，目前人类通过超级计算机进行模拟核聚变反应，不过模拟结果能否实现，还需要建造实物，进行物理实验才能验证模型是否合理，但是建造实验室所需要的时间和资金都很巨大，很多时候需要多个国家通力合作才能实现。可控核聚变可能是国际上合作最活跃的合作项目之一了。

以国际热核聚变实验堆（ITER）计划为例，（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor），ITER计划倡议于1985年，并于1988年开始实验堆的研究设计工作。经过十三年努力，耗资15亿美元，在集成世界聚变研究主要成果基础上，ITER工程设计于2001年完成。此后经过五年谈判，ITER计划七方2006年正式签署联合实施协定，启动实施ITER计划。ITER计划从倡议到完成设计花了15年，预计建造费用50亿美元，每年运营维护费用3亿美元。确定参与方及签署协调又花了5年，2010年开始动工建设，预计2025年建成。目前建造预算已经提升到70亿欧元了，每年运营维护费用也上涨到3.5-4亿欧元。

这是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一，也是迄今我国以平等身份参加的规模最大的国际科技合作计划。

3.材料

“聚变堆第一壁”，核聚变中面对等离子体的一层固体结构，也就是真空室壁。它用于封闭等离子体。可吸收等离子体释放能量的20%左右。从等离子体中逸出的氢离子的溅蚀会引起壁材料的严重腐蚀。必须在制作壁的特种钢材的表面涂敷石墨或CH04膜以防腐蚀。需要面对几亿度的温度，还有大量的中子辐射，相当于给太阳公公加一件外套。在这种极端条件下，原子被轰击很容易产生位移，材料的强度取决于原子的排列规则，因此对材料的要求极高。

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江湖上有一种传闻，说是月球上有一种东西叫“氦-3”，它是人类未来的终极能源，有了它，我们将有用不完的电，并且电费便宜到不可想象的地步。

说起氦-3，你会很自然地想起核聚变，它是一种核聚变燃料。我们知道在太阳的中心时刻都在发生核聚变，因此大家习惯地将正在研制中的核聚变装置称为“人造太阳”，意思是它能为我们带来源源不断的清洁能源。

 

中国托卡马克聚变实验装置

核电站不是清洁能源

目前在全球运行着接近450座核反应堆，每年大约提供2600太瓦时（TWh）的电力，约占全球电力供应量的10%，这些核反应堆都是依靠放射性物质铀或钚在裂变过程中产生热、用热能烧开水，再通过水蒸气推动蒸汽轮机来发电。尽管核电站在运行的过程中不释放二氧化碳，但它会产生放射性的中子，并且当核燃料烧到一定程度后它产生的热量不足以推动发电机全功率运行，发电厂就要把这些核燃料取出来换上新的燃料棒。全球核电站每年会产生约1.2万吨核废料，替换下来的核废料依然有放射性，不能随便丢弃，加工处理它既费钱又费时费力，于是成为全球的安全隐患。因此，核电属于低碳能源，但并不是清洁能源。

 

放射性污染威胁人类健康和安全

核聚变怎么样呢？

宇宙中亿万颗恒星每时每刻都在燃烧氢，通过将氢聚变成氦来产生光和热。氢气和氦气都没有放射性，许多人就认为可控核聚变是清洁的。其实并非如此。

我们以太阳举例。太阳的中心压力超过3000亿个大气压和1500万℃的高温，在如此强大的温度和压力下，氢原子核很容易被挤压在一起变成氦原子核，在这个过程中，它会释放出更多的能量，这就是核聚变。

 

太阳内部的核聚变链

氢在变成氦的过程中还会同时释放三种物质：中子、中微子和伽马射线。对于生物而言，中子和伽马射线都是有害的，因此太阳内部的核聚变并不安全。

 

氘和氚的DT核聚变

不过，当我们将氢的同位素氘（D）和氚（T）放在一起施加高温高压，情况就变得不同，这两种原子核会直接聚变成一个氦原子核，同时释放出一个中子和强大的能量。只要我们想办法把中子吸收掉，就可以得到清洁的能源。但这只是理想状态，事实上中子因为不带电，它不受磁场约束，也不容易被捕获，并且中子会轰击反应堆里的管道和线圈、使它们产生辐射、甚至造成淬火和故障。

聪明的你一定想到了氦-3，两个氦-3能聚变成一个氦-4，同时释放两个氢原子核。这中间没有产生有害的中子，也没有伽马射线，看起来是非常清洁的聚变方式。果真如此吗？你忘了它产生的两个质子，它们也会同时发生聚变反应并产生中子、并进一步发射出伽马射线！

 

氦-3核聚变产生的质子同样可以发生聚变

核聚变容易实现吗？

不容易。在原子的外围有一团电子云，因为都带负电，它会排斥另一个原子；当我们将电子剥离掉，只露出原子核时，两个同样带正电的原子核也会相互排斥，这个排斥力叫库仑势垒。

原子的库伦势垒非常高，你需要施加强大的能量帮助它们克服这种静电排斥力以使其相互靠近，而一旦两个原子距离足够近，就可以通过量子隧穿效应相互结合在一起形成一个新的大原子核，同时释放出更多能量。

 

克服库仑势垒需要消耗巨大的能量

在太阳内部有高温高压，地球上无法制造太阳那样强大的压力，只能通过更高的温度将原子电离成自由电子和原子核，并将能量传递给它们。与此同时，地球上也没有一种物质能够承受数亿度的高温，于是科学家们想到了用强磁场打造一个无形的“笼子”将电离后的原子核注入进去令其高速旋转并加热。这就是磁约束核聚变反应装置“托卡马克”。

 

“托卡马克”通过超导磁场将超高温粒子约束在磁环里

在所有核聚变方案中，托卡马克是其中最为成熟也最容易实现的一种领先方案，即便如此，科学家们为了实现更长时间的加热过程费尽心机，至今也没能进入到真正有用的聚变过程，反应堆所消耗的能量远远大于它本身输出的能量，因为原子核在磁环中碰撞的效率太低，它还不能达到稳定的自持。换句话说，这个核反应堆不仅不能发电，它还是个电老虎。

 

现在的核聚变反应堆都是电老虎，只进不出

氦-3核聚变难上加难

科学家们已经进行了几十年的不懈研究，至今还没能实现最初级的可控聚变反应，作为第三代的氦-3核聚变更是只在理论上可行。

可控核聚变的最大拦路虎在于库仑势垒，原子核中的质子越多（氦比氢多一个质子），它的电荷越大，库仑势垒就越高，你要让它们聚合就必须提供多得多的能量。目前第一代核聚变至少要等到2050年之后才有可能进行商业化发电，第三代的氦-3不知道要等到何年何月，同时在这个过程中研发资金的投入是无比巨大的。

 

ITER耗资极大，需要国际合作才能建成

即便哪天有了第三代核聚变的技术，要想获得大量氦-3也是个问题。有朋友说月球表面就有100万吨氦-3，但你不知道这些气体是分散潜藏在月球岩石和土壤的孔隙中，它的浓度仅在1.4~15ppb之间。换句话说，你需要将至少150吨月球岩石和土壤全部破碎、过滤、加热到700℃以上，再通过复杂的技术手段才能得到1克氦-3气体；或者，你需要把1平方公里内所有的月球土壤全部挖掘提纯一遍才能得到26千克氦-3。26千克氦-3能发多少电？假设它的能源转换效率为100%（实际上不可能），它大约能让一座百万千瓦核电站发电半年。

 

100万吨氦-3，撒开来就十分稀薄了

但是要想将大量的机器设备和人运送到月球上去开矿，并且将东西运回来，其消耗的能源和投入的成本实在是太大了，这绝对是一笔赔本的买卖。

 

月球采矿成本极大，不可承受

总结

随着科学技术的迅猛发展，我们在电力供应上将会有越来越多的选择权，除了传统的火力和水力发电外，像太阳能、风能、化学能以及核能发电将会日益普及，核聚变发电也终将有一天得到推广和普及。

同时我们也应该看到，电力供应说到底它是一门生意，建设和运营一座核聚变电站需要钱，前期大量的研发工作也需要巨额投资，每一分钱最终都会摊到我们的电费里。

从聚变原料获取的难度看，氘在海水中含量丰富，几乎取之不尽；氚也比较容易制备，其成本也相对不高，因此未来DT核聚变无论从技术、燃料供应还是从成本角度看都是最合算的。

 

法国卡特农核电站巨大的冷却塔
氦-3核聚变在理论上最“干净”，但技术极难、原料极难获得、成本太高，未来不会是聚变发电的首选。