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为一个较重原子核的变化过程中所释放出的能量。这一剧烈的能量释放过程遵守自然科学中着名的质能方程。原子弹（核裂变）、氢弹（核聚变）正是基于这一原理而成为现实的。
在进行核聚变反应时，氘和氚元素处于等离子态。我们知道，物质通常被分为固态、液态、气态三种物理状态。事实上，自然界中还存在不属于这三种状态的情形，等离子态被称作是物质的第四态，它是一种物质经过充分电离、整体呈电中性的物理状态。普通大众通常对等离子态的概念比较陌生，其印象一般是源于等离子电视的宣传或称谓。其实日常生活中经常可以接触到等离子态，只是我们不注意而已，如蜡烛的火苗、电焊的弧光等就是典型的等离子态物质。
当等离子态的氘和氚进行聚合反应时，反应温度高达几千万甚至上亿摄氏度。如果同时还具备足够长的能量约束时间及其他附加条件，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。太阳之所以炙热无比，正源自于太阳内部无时无刻不进行着剧烈的核聚变反应；氢弹之所以威力惊人，利用的也正是核聚变反应时瞬间所产生的巨大能量。目前，全球为数不多的国家正在实施受控核聚变的前瞻性研究计划，与之相关的托卡马克系统的研制也取得了初步的进展。托卡马克系统俗称为“人造太阳”，即通过人工环境模拟太阳内部的核聚变过程，以便获得巨大的核聚变能供人类所需。如果受控核聚变的研究真正大获成功的话，则意味着人类社会不用再单靠自然界的太阳提供一切能量了，需要的时候人们可以制造出“太阳”来满足自身对能量的需求，这将一劳永逸地解决人类社会的能源短缺问题。然而，利用核聚变能的最大困难不在于实现核聚变反应，而恰恰在于实现受控。即核聚变反应瞬间所积聚的巨大能量需要按照人们的意愿缓慢释放，如在半年或一年的时间内释放完毕，这样才能达到利用的目的。否则像大自然的闪电一样，尽管瞬间产生强大电能，但同样瞬间即逝，利用价值基本上为零。如果人类利用核聚变能就像氢弹爆炸过程那么迅猛的话，这种不可控制的能量瞬间释放恐怕就不是福音了，只会给人类带来巨大的灾难。
事实上，作为“人造太阳”的托卡马克系统说起来不难理解，但实践起来却是异常困难。自从上世纪50年代托卡马克系统出现于前苏联以来，至今已经过了大半个世纪。由于认识问题的角度和理解的程度不同，圈子外的普通民众总是比较性急，认为研究人员无能，进展缓慢；圈子内的研究人员认为这已经很快了，研究进展的速度并不比高能加速器及计算机芯片领域的进展慢。在专业研究人员看来，就是这么快的发展速度，21世纪中叶以后人们才会比较务实地谈论核聚变发电的远景方案。如果说2050年实现商业化，那听起来仍然像是天方夜谭。其开发的周期之所以比较长，原因在于，类似托卡马克系统这样的大科学工程需要足够的时间和资金投入，一代又一代的大规模装置需要相继建造，不能跨越，更不能违背科学规律而意气用事，这种时间过程上的积累是无法逾越的。而其他如从月球上获取大量的氦…3元素，从而相对容易的实现核聚变反应，这些设想更是泛泛之谈。氦…3反应堆的等离子体参数要求比托卡马克系统更高，而且世界各国至今还未遴选出公认最佳的等离子体约束方案。至于氦…3反应堆何时真正形成气候，着实难以预料。人类现在研制的托卡马克系统还处于最初的低级阶段，其释放能量的最长时间仅为几百秒，远远达不到作为能源加以利用的时间周期要求，距离大规模商业应用更有很长的一段路要走，至少需要几十年乃至上百年的时间，核聚变能也因而被认为是遥远的能源。。 最好的txt下载网
第五章 迎接新能源的革命（9）
从能源形态上看，人类加以利用的主导能源经历着从固态（薪柴、煤）、液态（石油）到气态（天然气、氢），将来再到等离子态（核聚变时的氘和氚）的演进和变化；我们有时甚至不得不思索是否背后有只无形的手在操控，以至于这种演进的过程看起来既按部就班，又水到渠成。如果有的话，那只能是大自然“精心设计”的巧手。
从时间上看，人类社会能源更替的时间也在加快，从薪柴过渡到煤，人类社会用了几千年；而从煤过渡到石油，用了几百年；之后的能源更替的周期就越来越短。可以说，人类社会利用能源的进程中，能源的品位、清洁度以及形态方面的演进变化预示着能源更替过程的方向指向，能源更替的时间则标记着新旧能源的生命周期，这一切构成了能源更替过程的脉络，使得我们由此可以窥知能源开发与利用过程的基本貌相。
事实上，能源利用史已经告诉我们，在通常没有外力干预的一般情况下，人类社会的能源利用体系将会呈现“固体…液体…气体…等离子体”这样一条平稳、自然的升级过程，其显着特征就在于“脱碳化”，从最不清洁、化学结构最复杂的低效能源逐渐发展为越来越清洁、化学结构越来越简单的高效能源。
我们现在所广泛利用的燃料体系尽管具有能量集中，开采方便等优点，但并非是最有效率的能量载体。其中，碳氢比是最显着的评价指标。我们知道，碳元素与氧元素反应结合过程中会释放能量，但以同等的比例来看，碳所集聚的能量实际上要比氢少，因此，当我们燃烧碳氢化合物如煤炭、石油以及天然气时，尤其是含碳量较为丰富的煤时，氢所含有的高能量部分地被碳所含有的低能量所抵消了。化石燃料所含的碳越多，它所释放的能量相对就越少。薪柴几乎全部是碳元素，因此它的能量密度很低。煤炭中所含的碳元素与氢元素的比例大致为1比1，石油中碳元素与氢元素的比例大为1比2，以甲烷（CH4）为主要成分的天然气中比例为1比4；因此，煤炭是化石燃料中能量密度最低的。如果我们完全摒弃碳而改烧纯净的氢，自然就不会出现能量抵消的现象。事实上，作为能量密度极高的燃料，氢的能量密度远高于汽油，氢所产生的能量几乎是同等质量的汽油所产生能量的三倍。这就是我们看到的基本趋势，我们也有理由坚信并坚持这一趋势。
我们不妨依照上述的趋势而行，把对石油的替代作为探讨的焦点。我们知道，石油的能源替代品相当之多，如生物柴油、乙醇燃料、煤制甲醇、煤变油、二甲醚、天然气、核电、太阳能、风能、氢能等等不一而足。其实，这些替代品是良莠不齐的，我们通过上述的几条准则对这些替代品的优劣加以评判。既然能源替代过程是有方向指向的，是从左边向右边进行的。那么显然，寻找石油的替代品最好在石油的右边进行（见图5…1）。而生物柴油、乙醇燃料、煤制甲醇以及煤变油等看起来可以替代石油的新能源，其实并不符合这一要求。制造生物柴油的主要原料如油菜、大豆，制造乙醇燃料的主要原料如玉米、小麦，其本质上都是与薪柴毫无差别的陆地生物质资源。既然同类的薪柴已经被替代了，那么生物柴油、乙醇燃料反过来要替代石油显然不合时宜。煤制甲醇、煤变油这些煤化工产品也存在同样的情况，其无非是从固态变成液态，改头换面了而已，其本质上仍旧是煤，用煤替代石油显然不合时宜。 。。
第五章 迎接新能源的革命（10）
当然，不合时宜并不是说一定就不可行。生物燃料、煤化工燃料替代石油可以成为某种特定条件下的权宜之计。如在巴西这样地广人稀、生物质资源极其丰富的地区开发生物燃料，当然也就不能妄加诘责；再比如在中国这样煤炭资源相对丰富、石油资源相对短缺的国家，一定程度上开发煤化工燃料也未尝不可。但需要明确的是，这种权宜之计只能是权宜之计，决不可作为长久之策，更不能全面推而广之。否则，由此衍生而来的粮食安全、环境恶化等一系列问题将远远超出能源问题所能考量的范围。就煤变油而言，用一种不可再生资源替代另一种不可再生资源，本身就是不可取的，更不必谈及煤变油过程还需额外耗费大量的能量及水资源，排放大量的二氧化碳气体，以及对周边环境的破坏了。煤变油项目如果大规模上马，仅环保问题就成为难以承受之重，其他如经济效益、资源效益就更不必详加提及了。2008年初油价100美元/桶时，不少�