选自wired

作者：GregoryBarber

机器之心编译

编辑：泽南

美国科学家实现了人类长期追求的聚变点火目标——但不要指望这种技术能够为电网供电。

12月5日，美国劳伦斯利弗莫尔实验室的镀金鼓内，一组科学家精巧地重现了为太阳提供动力的物理学。

这项深夜进行的实验包括向胶囊发射束激光，胶囊中装有一个装满氢原子的胡椒粒大小的颗粒。其中一些通常相互排斥的原子被挤压在一起并融合在一起，完成一个产生能量的过程。

LLNL国家点火装置的靶室包含束紫外线激光束，能够将超过2兆焦耳的能量输送到单个微型燃料颗粒中。

按照地球聚变反应的标准，这是大量的能量。多年来，科学家们一直在进行这种类型的实验，结果发现产生的能量还不足以供给维持系统本身。这一次，人们终于实现了正循环。

这一壮举被称为点火，对于那些研究聚变的人来说是一个巨大的胜利。人们只需仰望星空，就知道这种能量来源是可能的——将两个氢原子结合产生一个氦原子会导致质量损失，根据著名的E=mc^2公式释放出巨量的能量。自年代以来，我们一直在这条道路上缓缓前行，当时科学家首次定义了点火目标，有时也称为「盈亏平衡」。

去年，劳伦斯利弗莫尔实验室国家点火装置（NIF）的研究人员已经接近成功，用核聚变产生了他们发射到实验中的大约70%的激光能量。人们继续进行实验，终于在12月5日凌晨1点刚过获得了完美的结果：输入两兆焦耳，输出了三兆焦耳，能量增加了50%。

「这表明我们是可以做到的，」美国能源部长珍妮弗·格兰霍姆在新闻发布会上说道。

对于像斯坦福大学的MarkCappelli这样的聚变科学家来说，这是一个激动人心的结果。但他同时提醒说，那些寄希望于核聚变在不久的将来成为一种丰富、零碳排放和无废料的能源的人可能会失望。

分歧点在于如何定义能量收支平衡。NIF研究人员表示，他们在实验中获得的能量与他们发射的激光一样多——这是一项巨大的、期待已久的成就。但问题在于，这些激光器消耗的能量只占系统总功率的一小部分。如果计算得更全面，NIF获得的收益远小于投入。

「这种程度的收支平衡是非常、非常片面的，」Cappelli说道。「还有几十年的路要走，也许还有半个世纪。」

问题在于低效的激光器，使用NIF的方法产生聚变能包括将数十束光束射入称为空腔的金圆柱体，将其加热到超过万摄氏度。激光不直接瞄准燃料，他们的目标是产生「X射线汤」，密歇根大学的核聚变研究员CarolynKuranz介绍道。它们轰击由氢同位素氘和氚组成的微小燃料颗粒，并将其压碎。这必须以完美的对称精度完成，即实现「稳定内爆」，否则颗粒会起皱，燃料无法充分加热。

为了实现上周的结果，NIF研究人员使用改进的计算机模型来增强容纳燃料的胶囊的设计，并校准激光束以产生恰到好处的X射线色散。

现在这些激光器每个脉冲发射大约2兆焦耳的能量。对于核聚变科学家来说，这样的水平令人兴奋。它仅相当于大约运行吹风机15分钟所消耗的能量——但在百万分之一秒内一次性全部释放。在NIF产生这些光束需要一个几乎有足球场那么大的空间，里面装满了闪光灯，可以激发激光棒并传播光束。仅此一项就需要兆焦耳的能量，其中大部分都损失掉了。

再加上冷却系统和计算机层，你很快就能明白比聚变产生的能量相比，输入需要耗费的甚至是高出多个数量级的能量。因此，根据Cappelli的说法，实用化聚变的第一步是使用更高效的激光器。

而且在能量方程的另一边，问题还在继续。传统的内燃机将其产生的能量转化为电能的效率约为40%。而对于聚变，这可能更接近于10-20%。如今的研究甚至还没有考虑到这种类型的转化。

根据定义，聚变实验是破坏性的测试。燃料芯块设计为一次性粉碎，聚变能量的释放破坏了周围的仪器，镜子被强大的激光损坏。为了产生持续的能量，科学家们需要弄清楚如何反复发射强大的激光，并在它们面前放置许多颗粒。

这可能涉及每分钟发射多个弹丸和激光，相比之下，NIF目前每天发射次数仅为3次。不过，科学家们表示，12月13日宣布的进展意义仍然重大。这种被称为「惯性限制」的聚变实验被忽视的一个方面是激光本身是一种相对较新的技术——比核裂变等技术更新。

「与年代首次出现的激光器相比，我们今天拥有的多兆焦耳激光器是一项了不起的工程壮举，」CarolynKuranz说道。

NIF研究人员利用这种能量所做的工作比许多人想象得要多。有些人认为，要接近点火，可能需要10兆焦耳或更多的激光能量。此外，自NIF于年破土动工以来的几十年里，激光器一直在不断改进，这意味着下一代技术拥有更多的可能性。

激光方向的进展很令人兴奋，因为在过去，与另一种称为「磁约束」（托卡马克）的聚变技术相比，惯性约束受到的

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