东吴证券可控核聚变系列报告指出，氘氚反应因聚变三重积要求最低，成为全球主流聚变装置的首选燃料。但即便“最容易”的氘氚反应，也需要1亿摄氏度以上的点火温度、足够的等离子体密度和秒级的约束时间。本文基于东吴证券研报，从温度、密度、约束时间三个维度全面解析氘氚聚变反应的条件与挑战。

在所有核聚变反应中，氘氚（D-T）反应对条件的要求最为“宽松”。其反应截面（强核力起作用的范围）在相同温度下显著大于其他反应，意味着碰撞融合概率更高。在约15keV（1.74亿摄氏度）时，氘氚反应的聚变三重积达到最低点，相比氘氘反应和氘-氦3反应有数量级的优势。

反应方程为：²H+³H→⁴He+n+17.6MeV。氘从海水中提取，储量近乎无限；氚虽自然界极少，但可通过中子轰击锂-6在反应堆中增殖。燃料来源的可行性和物理参数的相对优势，共同奠定了氘氚作为第一代聚变燃料的地位。

氘氚反应需要将燃料加热到约1亿摄氏度（约8.6keV），在此温度下，燃料粒子处于完全电离状态，形成等离子体。极高温度赋予原子核足够的动能，使其能够克服电磁斥力，接近到强核力作用范围（约10⁻¹⁵米）。

加热方式包括欧姆加热（利用等离子体电阻发热）、中性束注入（高能中性粒子穿越磁场将能量传递给等离子体）和射频波加热（电磁波共振加热特定粒子）。EAST和KSTAR已成功将等离子体加热到1.6亿至2亿摄氏度，温度条件已在实验上实现。挑战在于，在如此极端温度下同时维持密度和约束时间。

温度之外，聚变反应还要求等离子体具有一定的密度（n）和能量约束时间（τ_E）。密度决定了原子核之间的碰撞频率，密度越高碰撞概率越大。能量约束时间则反映了等离子体能量散失的快慢，约束时间越长，能量损失越少。

三者乘积nTτ_E即为聚变三重积。劳森判据要求氘氚反应的聚变三重积至少达到3×10²¹[keV·s/m³]。磁约束装置（托卡马克）的策略是以“高温”和“长约束时间”为优先，维持较低的密度（约10²⁰/m³量级）。惯性约束的策略则是以“高温高压”为优先，牺牲约束时间（纳秒级）。托卡马克路线因其长脉冲运行潜力，被认为更适合发电应用。

氘氚反应生成的氦核（α粒子）携带3.5MeV能量（约占总释放能量17.6MeV的20%），这些高能粒子可以在逃逸前将能量传递给周围等离子体，维持反应所需的高温。这一机制被称为“α粒子自加热”，是自持燃烧的物理基础。

从外部加热到自持燃烧，存在一个关键转折点：当聚变产生的α粒子加热功率超过等离子体的能量损失率时，外部加热可以关闭，反应依靠自身能量维持。目前全球所有托卡马克均处于“外部加热主导”阶段。ITER的目标Q≥10（输出功率/输入功率），一旦实现，将是人类首次在地球上验证自持燃烧的可行性，为后续示范堆（如DEMO）的设计提供决定性数据。

氘氚聚变反应的关键参数

参数	数值	物理含义
点火温度	约1亿°C（8.6keV）	原子核克服电磁斥力所需动能
最优温度	15keV（1.74亿°C）	三重积最低点，效率最优
聚变三重积阈值	≥3×10²¹[keV·s/m³]	劳森判据，实现净能量输出
α粒子能量	3.5MeV	自持燃烧的能量来源
总反应能量	17.6MeV	每次反应释放总能量