两个较轻的原子核在一定条件下能够合成出一个较重的原子核，同时依靠质量亏损释放出大量的能量，这是核聚变。聚变需要有较高的温度和压强，并且只有较轻的原子核发生聚变时才能向外释放出能量。最轻的元素是氢，原子核内只有一个质子。氢元素有三种同位素分别是氕、氘、氚，有一个中子的是氘，有两个中子的是氚，没有中子的是氕。
发生核聚变时吸收或释放的能量会有不同，哪些元素可以通过聚变释放出能量，哪些元素可以通过裂变释放出能量与比结合能有关。一般而言，比结合能越小，就越能够聚变成新元素，并且释放出的能量也相对较多。如下图所示，氘的比结合能较小，非常适合用来做核聚变材料。氢弹就是用氢的同位素氘和氚制造的，所以它叫氢弹，不叫氦弹或铁蛋。
之所以不用氕，是因为氕的原子核中只有一个质子，两个质子靠近时会有非常大的库仑力阻力。而氘和氚的原子核中有中子，中子可以参与强相互作用，使得原子核更容易结合在一起。要是氕核发生聚变，需要有恒星上才能实现的高温高压，地球上没有这种条件，人类也没有创造出这样的条件。氘核和氚核中因为有中子，中子能够参与强相互作用使得氘核及氚核能够比较容易结合在一起。同时要想实现太阳上那样的质子质子链反应，需要至少90倍质量的木星。这样一颗星球中心处的高温和高压刚好可以点燃质子和质子的核聚变。但是还不能点燃更大质量核素的核聚变，因为点燃更大质量核素的核聚变需要更高的条件。那样的条件对人类来说目前还是不敢奢求的。
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