氢弹爆炸场景。氢弹是唯一能够实现远大于1的聚变能量增益因子的设备。]]
聚变能量增益因子（），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。但是，收支平衡在少数领域（尤其是惯性约束聚变场）以外很少见。
推断收支平衡
自20世纪50年代以来，大多数商用聚变反应堆的设计都是以氘和氚的混合燃料作为反应堆主要燃料；其他燃料虽然具有很多吸引人的特性，但都很难点燃。由于氚具有放射性、高度生物活性和高度移动性，它本身是一个重大的安全问题，因此提高了设计和运行这种反应堆的成本。
为了降低成本，许多实验用反应堆被设计成仅用氢或氘的试验燃料运行，而不使用氚。在这种情况下，术语推断收支平衡用于代表该种氢或氘实验反应堆在使用氘-氚混合燃料下的理论系能。
推断收支平衡记录略高于科学收支平衡记录。在使用D-D燃料运行时，歐洲聯合環狀反應爐和JT-60都达到了1.25左右的数值（详见下文）。当歐洲聯合環狀反應爐实际使用D-T燃料运行时，最大性能约为推断值的一半。
工程收支平衡
另一个相关的术语是工程收支平衡，其考虑到了工程上需要从聚变反应中提取能量，将其转化为电能，然后再将其中的一部分供应给加热系统。
聚变点火
当离子体温度升高时，聚变反应的速率会迅速增长，自热速率也随之增长。与此相反的是，像X射线这样不可捕捉的能量损失则不会以同样的比例增长。因此从总体上来看，随着温度升高，自热过程的效率会随之升高，需要从外部输入设备加热以保持反应温度的能量则随之减少。
随着等离子体温度不断升高，Pheat最终会降至零，即保持聚变反应等离子体在工作温度下所需的所有能量都可以由自热反应自给，所需输入装置的加热能量也降至零。达到此状态的瞬间称为聚变点火，聚变燃料在此情形被称作在点燃状态。在使用D-T燃料的情况下，只有20%的能量以能引起自热的Α粒子形式释放，也就是说在反应堆等离子体释放出至少五倍与保持其反应工作温度所需的功率之前，燃料不会被点燃。
点火，据其定义，对应的是无限的Q值。但这并不意味着frecirc降为零，因为反应堆系统中其他的组件，例如磁铁和冷却系统，依然需要供电。但一般情况下，这些系统所需能量比反应堆输入加热系统所需的能量要小得多，其需要的frecirc也小得多。更重要的是，这一数字可能是接近恒定的，也就是说继续提高等离子体性能可以直接导致更多的能量可被用于商业发电，而不是自热循环。
商业收支平衡
最后一个收支平衡的定义是商业收支平衡，即除去自热循环剩余的所发电力的经济价值足以支付运行反应堆的成本。
达到商业收支平衡依赖于反应堆本身技术性能之外的因素，即使一台反应堆可以完全点燃其等离子体，其输出功率远超过工程收支平衡，也有可能因为无法迅速产生足够的电力来偿还自身的运行成本。在和聚变领域中，人们还在讨论诸如ITER之类的任何主流技术路线能否达到这一目标。
实用例子
截至2017年，大多数正在研究的核聚变反应堆设计都是基于D-T反应，因为这是迄今为止最容易点燃的反应，而且能量密度高。然而，这种反应会以单个高能中子的形式释放出大部分能量，只有约20%的能量以Α粒子的形式释放。因此，对于D-T反应，fch = 0.2。这意味着在Q = 5之前，自热所产生的能量无法让等离子体自给，反应堆依赖于外部设备加热。
以ITER来说，其设计为50MW的输入功率可以产生500MW的输出功率。如果20%的输出功率可以参与到自热，那意味有着400MW的能量逃逸到环境中。假设ηheat = 0.7 和 ηelec = 0.4，那么ITER理论上可以最多产生112MW的可用输出功率。这意味着ITER可以在工程收支平衡的状态下运行。然而，ITER并没有配备发电系统，所以在ITER后续反应堆，如系统建成之前，实用例子仅存在纸面上。如果考虑实验条件下的能量平衡，并结合对早期反应堆实验数据的分析，人们认为如果采用Q的初始定义，JET和JT-60都仍远远低于收支平衡点。
美国国家点火装置的科学收支平衡
尽管大多数聚变实验使用某种形式的磁约束，但另一个主要分支是慣性局限融合（ICF），它以机械方式加热燃料靶丸，使燃料高度压缩在一起以增加密度。这大大增加了聚变事件的发生率，并降低了需要长时间约束燃料的需求。通过使用某种形式的驱动器，来加热含有热核燃料的聚变靶丸，以此驱动惯性约束聚变。人们提出了多种不同的驱动器，但迄今为止，大多数实验都使用了激光作为驱动器。
如果使用Q的传统定义， Pfus / Pheat，ICF实验装置具有极低的Q值。因为激光效率极低，而\eta_{heat}在磁约束系统中使用的加热器效率可能约为70％，而激光器效率则约为1％。
因此，ICF研究的领导者勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）提出了对Q的另一种定义，将Pheat定义为驱动器传递给胶囊的能量，而不是外部电源传递给驱动器的能量。也就是说，他们建议在考虑增益时忽视其激光器的低效率。该定义产生了更高的Q值，并将收支平衡的定义改为了P fus / Plaser = 1。在一些情况下，他们将此定义称为“科学收支平衡”。这个术语没有被普遍使用。其他研究者采用了Q的新定义，但继续将Pfus = Plaser称为收支平衡。
2013年10月7日，LLNL宣布其9月29日使用国家点火装置（NIF）实现了科学收支平衡。在此实验中， Pfus约为14kJ，而激光输出为1.8MJ。根据他们先前的定义，该Q值仅为0.0077。但在此新闻稿中，他们再次重新定义了Q ，这次将Pheat仅等同于传递到“燃料最热部分”的能量，计算得出原始激光能量只有10kJ到达了聚变反应发生的燃料部分。这一宣布受到了核聚变领域的严厉批评。
备注
参考文献
引用
参考书目
- {{cite journal |last=Entler |first=Slavomir|date=June 2015 |pages=513–518}|title=Engineering Breakeven|volume =34
|issue=3|journal = Journal of Fusion Energy|doi =10.1007/s10894-014-9830-2 |ref=harv}}
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