美能源部将宣布重大突破 可控核聚变实现净能量增益

据多家外媒报道，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）首次实现了核聚变反应的净能量增益，不过这离可用的核聚变能源还有距离

技术人员在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置的前置放大器支持结构内工作。图：美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室

　　【财新网】可控核聚变是人类追求的“终极能源”，美国科学家或已首次实现可控核聚变反应的净能量增益。据美国能源部，在美国东部时间12月13日上午10点（北京时间23点），将宣布一项“重大科学突破”。多家外媒报道称，这项突破是关于可控核聚变，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）首次实现了核聚变反应的净能量增益，不过这离可用的核聚变能源还有距离。

　　美国能源部宣布，出席新闻发布会的人员包括美国能源部长Jennifer M. Granholm、国家核安全局局长Jill Hruby、白宫科技政策办公室主任Arati Prabhakar和LLNL主任Kim Budil等。

　　这次新闻发布会引起了多家外媒关注，也有多个消息源透露了相同的信息：当地时间12月5日，LLNL运营的国家点火装置（NIF）实现了“点火”，同时产生的聚变能量超过了启动反应使用的激光能量，首次实现可控核聚变反应的净能量增益。《金融时报》称，核聚变反应产生了约2.5兆焦耳的能量，而启动反应的激光能量为2.1兆焦耳，增益（输出除以输入）为1.2。

　　这次“点火”的原理如下：NIF的主要组件是一个包含192束激光的巨型激光阵列，使用激光瞄准一个微型圆柱体，圆柱体内有一块被特殊材料包裹的氢燃料，其中含有两种氢的同位素氘和氚。激光发出后，将圆柱体加热至极高温，产生X射线，导致氢燃料发生内爆压缩，将氢聚变成氦，实现“点火”和核聚变——本质上相当于一次小型的氢弹爆炸。

　　NIF耗资35亿美元，坐落在美国加利福尼亚州，1997年就开始建造，到2009年才大致完成并进行了第一次大型激光靶实验，此后一直缺乏成果。2013年，BBC报道NIF实现了可控核聚变的里程碑，其聚变反应释放的能量超过了燃料吸收的能量。但后来《科学》杂志报道称，激光的能量为1.8兆焦，产生的能量近14千焦，增益仅0.0077。

　　NIF最近的一次成果出现在2021年，研究团队在今年1月26日《自然》杂志上发表了4项研究成果称，NIF实现了“燃烧等离子体”，这意味着核聚变燃烧可以由反应本身产生的热量来维持，而不是靠输入的激光能量，实验产生的能量约为1.37兆焦耳，增益约为0.7。

　　即便实现了净能量增益，NIF离我们理解的可控核聚变能源也还有距离。美国公共广播电台（NPR）采访的密歇根大学核工程师Ryan McBride表示，这并不意味着NIF本身正在发电。一方面，激光器需要超过300兆焦耳的电力才能产生大约2兆焦耳的激光。也就是说，即使聚变反应产生的能量超过了激光产生的能量，它仍然只占总能量的百分之一左右。

　　此外，NIF使用的氢燃料体积非常小，还不到胡椒粒那么大，要重复多次才能产生足够的能量供电，而NIF目前每周可以进行大约一次激光实验。

　　可控核聚变一直是人类追求的“终极能源”，除NIF外，全世界其他的可控核聚变装置大多数都是托卡马克装置，是利用磁约束实现核聚变反应的机器。2022年2月9日，欧洲核聚变研发创新联盟（EUROfusion）、英国原子能管理局（UKAEA）和国际热核聚变实验堆（ITER）联合召开新闻发布会称，位于英国的欧洲联合环状反应堆（JET）在5秒钟内产生了59兆焦耳的持续能量，打破了该装置1997年的创造的22兆焦耳记录。（详见财新网报道《欧州核聚变实验创纪录 能量输出59兆焦耳》）

本文转自于  财新网