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是多个轻核在高温高压条件下聚合成一个新的原子核、同时释出大量能量的过程。这是一个物质转化为能量的过程。
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核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。在2005年，部份科学家相信已经成功做出小型的核聚变1，并且得到初步验证2。首个实验核聚变发电站将选址法国3。目前主要的几种可控核聚变方式：超声波核聚变 激光约束（惯性约束）核聚变 。
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多个原子核（轻核）在高温高压条件下聚合在一起形成1个新原子核（重核）的反应。