聚變能增益係數

聚变能量增益因子（英語：fusion energy gain factor），通常用符号Q表示，是核聚变反应所产生能量与维持反应器等离子体稳态的输入装置能量之比。当Q = 1 ，聚变反应所释放的功率等于维持反应所需的加热功率时， 称为收支平衡，在某些地方也被称为科学收支平衡。 自热是获得能量增益的关键，聚变反应释放出的部分能量可能被燃料重新捕获，从而导致自热。大多数聚变反应会至少在无法在等离子体中捕获的形式下释放一部分能量，因此Q = 1的系统无需外部加热即可冷却。使用典型聚变燃料时，在至少达到Q = 5之前，聚变反应堆中的自热预计不会达到反应堆输入功率。如果Q增加到Q = 5以上，自热的增加令反应堆不再需要外部加热输入能量以维持反应。在此之后，聚变反应开始自我维持，这种情形被称为聚变点火。点火后反应堆Q为无限大，通常被认为是聚变反应堆的理想设计情景。 随着时间的推移，一些相关的术语进入了核聚变词典。不参与聚变反应自热的能量可以从外部捕获，以产生电力。这些电力可以用来将等离子体加热到工作温度。以这种方式自供电的系统被称为运行在工程收支平衡状态。在高于工程收支平衡的情景下运行时，反应堆所产生的电能将超过其使用的电能，因此多余的电能可以被出售。可出售足够电力以支付反应堆运营成本的状态被称为经济收支平衡。此外，核聚变燃料，特别是氚价格高昂，所以很多实验都是用氢或氘等各种试验气体进行。如果这类实验用反应堆在使用氚作为燃料下理论上可以达到收支平衡，则该反应堆被称为推断收支平衡。 截至2017年，Q的记录由英国的歐洲聯合環狀托卡马克反应堆（JET）保持，为Q =（16MW）/（24MW）≈ 0.67，在1997年首次达到。国际热核聚变实验反应堆（ITER）最初的设计是为了达到点火水平，但目前设计可达到Q = 10，用50兆瓦的输入热功率产生500兆瓦的聚变功率。推断收支平衡的最高记录则由日本的JT-60托卡马克反应堆保持，Qext = 1.25。