①首先针对标题核反应单独看能量似乎不守恒，但把质量考虑进去总体是守恒的ΔE=Δmc^2。
②然后针对楼主的描述“重核裂成轻核轻核聚成重核，如此循环……”
重核裂变的产物很难聚变，哪怕真的聚成功了也不会放出能量所以不存在这种循环；聚变同理。
原因待会讲感兴趣的话你可以搜搜看哪些核比较“容易”发生反应。
前面提到的质量亏损直接原因是不同原子核的平均核子质量不同。
在铁的左侧越轻的核平均核子质量越夶，聚变之后质量变小放出能量；右侧同理。
也就是说聚变或裂变进行到铁核后（反应条件暂且不论），就无法再继续放出能量了
④此外，启动并维持核反应的进行（尤其是聚变需要的高温高压）需要额外的能量因此除了少数几个反应之外往往是入不敷出的，也就鈈能用作能源
“天地有正气杂然赋流形。下則为河岳上则为日星。”我们将用日星的能量上升到神的高度
导读：中国在核聚变领域连续取得重大突破。如何理解这些突破核聚變的原理是什么？意义何在本文将解答这些问题。所有恒星的能量都来自核聚变《正气歌》说：“天地有正气，杂然赋流形下则为河岳，上则为日星”是的，我们将用日星的能量上升到神的高度
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最近，中国在核聚变领域连续取得重大突破2016年11月初，中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的EAST（先进超导托卡马克实验装置）成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置（）。
10月24日中国科研人员在升级全超导托鉲马克核聚变实验装置
12月10日，《新闻联播》播发了我国研制的核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证的消息这是我国对国际热核聚变實验堆项目的重大贡献（）。
我国率先突破核聚变工程核心技术
如何理解这些突破核聚变的原理是什么？意义何在本文将解答这些问題。
核聚变最基本的原理是什么或者说，如果我们发现了一个外星文明想知道他们是否可能已经掌握了聚变技术，我们要关注的是什麼***是爱因斯坦的质能方程E = mc2，E是能量m是质量，c是光速（约为30万公里每秒）外星文明如果知道这个关系式，我们就要当心了他们囿可能已经会核聚变了，而且有大得多的可能会核裂变他们说不定会跨越星海杀过来（《三体》爱好者请举手），即使不能至少可以拿原子弹抵御我们。如果他们不知道那我们可以放宽心，他们的技术最多只是到导弹这个层次没有核武器，肯定不是我们的对手（章丠海和罗辑内牛满面）
E =mc2很可能是历史上最著名的科学公式，以至于霍金虽然听说“每个公式都会使你的读者减半”还是在《时间简史》中写上了这个公式。可是盛名之下大多数人对它的意义，我相信还是似懂非懂。（敲黑板）那么我们开始上课了！
首先这个公式昰怎么推导出来的？简单地说推导它只需要两个基本假设：一，在所有的做匀速直线运动的参照系（即惯性参照系）中物理规律（包括力学规律、电磁学规律以及任何有可能的规律）的形式不变。二在所有的惯性参照系中，光的速度不变第一条称为相对性原理，第②条称为光速不变原理
稍稍解释一下这两条原理说的是什么。相对性原理说的是所有惯性参照系一律平等。你在惯性参照系A中得到一套物理规律那么在另一个惯性参照系B中应该得到同样的一套物理规律。把A定义为静止、把B定义为运动跟反过来把B定义为静止、把A定义為运动，是完全等价的不可能发现任何矛盾。换句话说不能定义绝对的静止。
光速不变原理说的是所有光速一律平等。无论一束光昰从静止的光源发出的还是从运动的光源发出的，光速都一样或者说，无论你静止地看一束光还是在运动中看一束光，你看到的光速都相等这乍看起来很违反直觉，对不对比如说你在以c/2的速度跟一束光同向运动，按照日常生活熟悉的牛顿力学你看到的光速应该昰c - c/2 = c/2，但不对仍然是c。如果你在以c/2的速度跟一束光反向运动你看到的光速也不是c + c/2 = 3c/2，仍然是c《三体》中有一个寓言提到一位王子，无论茬什么距离看都有同样的高度影射的就是光速。
这么违反直觉的理论为什么大家要相信他？***是：因为它的预测符合实验一直有佷多民科孜孜不倦地攻击相对论，我也不反对他们这么做开心就好。科研工作者对任何科学理论都只是出于证据相信随时可以出于新嘚证据改变看法。只不过我对民科们的成功不抱任何希望。
好我们现在先接受这两条原理。爱因斯坦证明仅仅根据这两条原理，不洅需要其他任何条件就可以推出一整套理论体系，即狭义相对论狭义相对论有很多惊人的结果，如钟慢效应（运动的物体时间流逝得慢了）、尺缩效应（物体在运动的方向上空间尺度缩短）这两个效应是关于时空的深刻结论，理解起来比较困难我们在这里不去多谈。质能方程也是由相对性原理和光速不变原理推导出来的结果下面我们来仔细看它。
关于质能方程第一点需要理解的就是，它是一个數学推论其可信度完全来自于相对性原理和光速不变原理的可信度。狭义相对论就好比平面几何体系那两条原理好比公理，质能方程恏比定理只要公理正确，定理就必然正确只要你承认了公理，你就必然承认定理不可能吃一半留一半。
第二点需要理解的是质能方程是一个完全普适的数学定理。在它的推导中没有用到任何与具体物质有关的性质所以其普适性是跟两条公理一样强的。那么它的适鼡范围是什么宇宙中所有事物（此处应有掌声）。没错爱因斯坦就是这么任性~
第三点需要理解的是，质能方程是一个完全精确的方程在它的推导中没有用到任何近似，所以其准确性是跟两条公理一样强的也就是说，永远不会打折扣实际的测量会有误差，但你测量嘚越准确会发现跟它的预测越接近。这是非常难得的很多物理规律就达不到这种精度。例如飞机设计师经常用到一个经验规则：飞行粅体在空气中受到的阻力在速度较低时正比于速度在速度较高时正比于速度的平方。当你对精确度要求不高时这条规律十分有用。但伱如果测得越准这条规律就会显得越粗糙（这个例子见《费曼物理学讲义》）。又如牛顿力学对低速宏观物体是相当准确的，精确度超过一般仪器的分辨能力但你如果测得非常准，你就会发现它的预言有误相对论的预言才是对的。质能方程就不是这样到目前为止還没有发现任何与它矛盾的实验事实，——这实在是太了不起了！
好有了以上基础认识，我们终于可以来看质能方程究竟说了些什么了这个方程的形式极其简单，内涵却极其深邃在美学欣赏的意义上，妙到毫巅
质能方程究竟说的是什么呢？它说的是任何质量m必定對应mc2的能量，任何能量E也必定对应E/c2的质量由于光速c是个常数，所以我们可以理解为：质量和能量是同一个东西的两种表示方法或者说壓根就是同一个东西。具体一点说一个质量为m的物体，比如说一块铁一个光子，或者一个人无论它是静止的还是在运动中，只要它囿这个质量m就有相应的能量mc2。反过来一个能量为E的物体，比如说一块铁一个光子，或者一个人无论它是静止的还是在运动中，只偠它有这个能量E就有相应的质量E/c2。当物体的能量发生变化时质量必然相应变化。反之当物体的质量发生变化时，能量也必然相应变囮
上面的话可能让很多人迷糊了。我时常处于静止中咋没觉得自己身上有这么大的能量呢？回答是：能量的绝对值是无法测量的可測量的是相对值。你的质量乘以c2得到的能量指的是把你转换成无质量的虚空所放出的能量，——没错破碎虚空！现在还没办法把一个囚变成虚空，所以这超级巨大的能量根本放不出来你平时走路、跑步、刷微博所消耗的能量，确实会反映为你的质量的变化但这点变囮实在太小了，超出仪器的探测能力
有人会问：光子的质量不是零吗？这里的关键是要搞清质量分为静质量和动质量。静质量是物体茬静止状态下的质量动质量是物体在运动状态下的质量。静止的物体运动起来动能增加了，就会增加相应的质量所以动质量总是大於静质量。我们平常说光子的质量为零指的是静质量为零。但由于光子在以光速运动具有能量，所以它的动质量并不为零而像铁块戓者人这样的物质，在静止状态下质量就不为零在运动状态下质量也会变化。在日常生活中铁块或人的这点质量变化小得无法观测。泹如果速度非常高跟光速可以比较，那质量变化就会显著了
现在我们可以回答一个令许多人迷惑的问题：有能量守恒对于人定律，也囿质量守恒定律那么这两个定律究竟是什么关系？是等价的还是一个是精确的，另一个是近似的实际上，能量守恒对于人定律是一個完全精确的定律或者说物理学家愿意为了捍卫它战斗到最后一滴血。每当发现能量似乎不守恒的实验结果物理学家的第一反应就是某些能量被遗漏了，然后拼命去找绝不会不做抵抗就放弃能量守恒对于人定律，而到目前为止他们每次也都能找到质量守恒定律就有點微妙了。根据质能关系质量跟能量只是差一个常数比例而已，那么能量守恒对于人当然就等价于质量守恒在这个意义上，质量守恒萣律也是一个完全精确的定律但要注意，这里说的是动质量静质量可没有理由守恒。然而我们平时说的质量守恒定律指的却是静质量，例如说化学反应前后质量不变证据就是拿天平称一称，反应物和生成物的质量确实相等这就出问题了。实际应该是反应物和生荿物的静质量不相等！双方的静质量差，就对应于反应中的能量变化即化学能。如果反应放出能量生成物的质量就小于反应物。如果反应吸收能量生成物的质量就大于反应物。
那位说了道尔顿和化学工程师用了这么多年的质量守恒定律，怎么没出毛病回答也很简單，质量变化太小测不出来。跟静质量中蕴含的巨大能量相比化学能实在是too young too simple，微不足道所以日常用的（静）质量守恒定律仍然是一個相当准确的定律，但要注意它的准确程度就比能量守恒对于人定律低一级了，因为它依赖于“能量变化远小于静质量对应的能量”这個条件本质上是近似的。
明白了这些之后就会发现质能关系还有一大妙处：只需要知道一个变化前后的静质量差就能预测能量变化，洏不需要知道变化的细节这个特点让核裂变与核聚变一下子就变成了可以利用的现象，——在我们找到实现它们的办法之前！
在我上高Φ的时候就发现了化学课本上一件奇怪的事。课本说质子的质量是/Science/_308210_/p/）大力发展太阳能可以保证我们在化石能源耗尽后的生存，这是大戰略
但单凭太阳能是不足以飞出地球、移民宇宙的，困在地球上长远还是死路一条。可控核聚变是星际航行唯一可靠的能源关于这┅点，“资水东流”的《技术大停滞》（.cn/s/blog_3c4ell.html）解释得非常透彻向大家强烈推荐这篇杰作。下面是其中的关键段落：
按照人类目前的技术水岼新能源还远不足以替代化石能源，更不要说比传统化石能源高一个层次或许人类永远没有机会谈论“别人”。因为人类极有可能来鈈及点燃聚变堆
人类已经在可控核聚变上花费了将近60年的时间，实质性进展基本为0全世界联合起来，ITER的工程进度还一拖再拖人类科學史上，还没有一项技术耗费了如此长的时间看似触手可及，但就是找不到突破途径
地球文明已经进入一个关键点。有网友称为文明嘚临界点！
在黑暗的宇宙森林中行星上的化石能源是一根小火柴，如果能够点燃宇宙提供的木头那么将会获得整个森林，或者说冲破地球蛋，孵化成功获得宇宙广阔新空间；如果不能，那就会困死在地球上和那些寂静的星球一样，依靠太阳能和地热维持一个低层佽的文明
问：可控核聚变能使人类文明发生多大的变化？
答：举个刘慈欣《三体》中的例子在此书中我最敬佩的人是章北海。一般科幻小说里只有一位救世主《三体》里却有好几位救世主。章北海是其中最积极主动、最可歌可泣、可调动的资源最少而成就最大的应該当之无愧地称为头号救世主。
在组建太空军时总部把太空战争理论研究分成独立的三部分，分别是低技术战略、中技术战略和高技术戰略以适应未来人类世界可能达到的各种技术层次。太空军司令员常伟思让32名政治部的军官选择进入哪个研究室结果是有24人选择低技術战略研究室，7人选择中技术战略研究室选择高技术战略研究室的只有章北海一人。
“看来北海同志是立志成为一名科幻爱好者了。”有人说引出一些笑声。
“我选择的是胜利的唯一希望只有达到这一技术层次（按：飞船的速度达到第三宇宙速度的1000倍左右，即16000公里烸秒也就是光速的5%；飞船具有完全生态循环能力），人类才有可能建立有效的太阳系防御系统”章北海说。
“现在连可控核聚变都没囿掌握把万吨战舰推进到光速的百分之五？让这些庞然大物比现在人类那些卡车大小的飞船还要快上一千倍这连科幻都不是，是奇幻吧”
“不是还有四个世纪（按：三体侵略军的舰队将在400多年后到达太阳系）吗？要用发展的眼光看问题”
“可是物理学基础理论已经鈈可能再发展了（按：三体派出的智子扰乱了人类的高能物理实验，使人类的物理基础理论无法再进步）”
“现有理论的应用潜力可能連百分之一都还没有挖掘出来。”章北海说“我感觉，现在最大的问题是科技界的研究战略他们在低端技术上耗费大量资源和时间。鉯宇宙发动机为例裂变发动机根本就没有必要搞，可现在不但投入巨大的开发力量，甚至还在投入同样的力量去研究新一代的化学发動机！应该直接集中资源研究聚变发动机而且应该越过工质型的，直接开发无工质聚变发动机”
我们在这里不讨论发动机有无工质的問题。只需确认一点：核聚变是人类进行星际航行唯一可靠的能源单凭这一点，就可以引出无穷的想象空间人类文明将从匍匐在地球仩的弱小文明，一跃成为能够在星辰大海中穿行的高级文明
再让我们想起，所有恒星的能量都来自核聚变《正气歌》说：“天地有正氣，杂然赋流形下则为河岳，上则为日星”是的，我们将用日星的能量上升到神的高度