192个激光器启动反应！美国或将首次实现核聚变净能量增益

激光正在帮助我们开发清洁、密集和高效的燃料，而这反过来又需要通过大规模的清洁能源生产，来帮助解决世界能源危机。从聚变反应中获得的净能量，不久的将来可能是朝着未来创造无限清洁能源的目标迈出的重要一步。

12月12日，美国国家点火设施（NIF）和劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员宣布在最新进行的核聚变研究中取得了重大突破，首次实现了聚变反应的净能量增益（net energy gain），或将成为核聚变发电的一个里程碑。

图片来源：Lawrence Livermore National Laboratory

据报道，这一里程碑式的实验是在8月份进行的。在LLNL的国家点火设施获得超过1．3兆焦耳的产量一年后，该实验的科学结果于2022年发表在三篇同行评审论文中。据报道，在这一结果的基础上，NIF的科学家们在聚变反应中实现了“净增益”，即产生的能量超过了过程消耗的能量，并且可以短暂地维持自身。

让聚变能成为可用的能源，是国际上公认的可控核聚变难题。为了找到化石燃料和常规核能的替代品，此前物理学家对核聚变反应已经研究了大约70年。除了零碳排放，预计这种能源产生的放射性废物比基于核裂变的发电厂要少得多。

美国国家点火设施（NIF）利用惯性约束聚变（ICF）过程来产生聚变能量。该过程使用一个由192个激光器组成的实验装置（有三个足球场那么大）来加热燃料芯块以产生等离子体，这些颗粒含有重氢（氘和氚）因此更容易发生聚变反应，进一步产生更多的能量。

在此次成功演示之前，LLNL和NIF的科学家在今年早些时候遭遇了挫折，未能实现2021年8月时超过1千万亿瓦的聚变功率（达到了点火的边缘）。

此外，今年早些时候，NIF的科学家还公布了一种激光系统的工程和测试，其中核聚变本身（而不是外部加热机制）提供了核聚变反应所需的大部分热量。这一成就将使科学家在最终尝试从核聚变中获得能量以及自我维持的聚变能量时，能够实现更高水平的聚变性能。

熟悉最新进展的人士表示，最新演示中的聚变反应产生了约2．5兆焦耳的能量，约为激光所消耗的2．1兆焦耳能量的120％。目前整个实验数据分析仍在进行中，美国能源部预计将在美国太平洋时间13日上午7点（北京时间同日23点）左右进行直播介绍。美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆（Jennifer Granholm）将在新闻发布会上介绍这一“重大科学突破”，以及LLNL科学家工作的初步细节。

尽管此次突破堪称里程碑，但前方仍面临巨大的工程和科学挑战。核聚变电站离实际其应用还有很长的路要走，如何保持激光持续发射等问题仍将是一大困扰，但人们希望LLNL演示中使用的相同技术所提供的核聚变能源最终将产生无限的清洁能源。

全球范围内正努力使用低碳能源以减少排放，核聚变技术或将成为关键助力。除了实现净能量增益（net energy gain）的技术里程碑之外，近年来以激光聚变为业务目标的初创公司在全球范围内已出现激增，并且吸引了包括比尔·盖茨等知名投资者在内投入的大量资金。