聚变温度为何高达上亿度？从库仑斥力到聚变三乘积

聚变是一种将轻元素（如氢、氘、氚等）融合成更重的元素，并释放巨大能量的核反应过程。然而，要实现聚变反应，需要将温度加热到上亿度，这究竟是为什么呢？

1. 克服库仑斥力：

聚变反应的第一步是让两个带正电的原子核克服库仑斥力，相互靠近到足以发生强相互作用的距离。库仑斥力随着距离的减小而急剧增大，因此需要极高的温度来提供足够的动能，使原子核克服斥力，最终融合。

2. 提高热核反应速率：

聚变反应本质上是一种热核反应，高温意味着原子核拥有更高的动能，运动速度更快，碰撞频率也随之增加。更高的碰撞频率和动能，意味着反应速率的提高。

3. 增加碰撞能量：

高温下，原子核的碰撞更加剧烈，碰撞能量更高。足够的碰撞能量才能克服原子核之间的势垒，使核力发挥作用，促使聚变反应的发生。

4. 促使激发态产生：

高温环境下，原子核更容易被激发到更高的能级，处于激发态的原子核更容易发生聚变反应。

聚变三乘积：

聚变三乘积是指等离子体密度、约束时间和温度的乘积，它是衡量聚变反应效率的重要指标。为了实现可控核聚变，需要同时提高这三个参数。

总结：

聚变反应需要上亿度的超高温，主要是为了克服库仑斥力、提高热核反应速率、增加碰撞能量、促使更多原子核处于激发态，从而提高聚变反应的概率和效率。高温条件为聚变反应提供了必要的条件，也使得聚变成为未来清洁能源的重要研究方向。